JP2004280079A - Picture display device and portable terminal device using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a picture display device whose brightness is not lowered on reflection display and which has excellent display quality, and to provide a portable terminal using the same. <P>SOLUTION: A plurality of display units including a pixel for displaying a picture for a left eye and a pixel for displaying a picture for a right eye in one display unit are arranged in a matrix state on a display panel 2. A lenticular lens 3 is arranged in front of the display panel 2, is constituted so that projecting shape is repeatedly formed on its surface and distributes light emitted from the respective pixels in a right-and-left direction linking the pixel for displaying the picture for the left eye and the pixel for displaying the picture for the right eye in the display unit. A reflector 4 reflects external light toward the display panel, and rugged shape 41 is formed on the surface of the reflector. Then, the focal distance (f) of the lens is different from a distance HR between the surface of the reflector 4 and the top of the lens. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等のレンズを使用し、複数の視点に向けて相互に異なる画像を表示することができる画像表示装置及びそれを使用した携帯端末装置に関し、特に反射表示において明るさの低下がなく、表示品質が優れた画像表示装置及びそれを使用した携帯端末装置に関する。   The present invention relates to an image display device using a lens such as a lenticular lens or a fly-eye lens and capable of displaying mutually different images toward a plurality of viewpoints, and a portable terminal device using the same. The present invention relates to an image display device with excellent display quality without a decrease in brightness and a portable terminal device using the same.

従来より、立体画像を表示することができる表示装置の検討が行われている。紀元前280年にギリシャの数学者ユークリッドは「立体視とは、同一物体の異なる方向から眺めた別々の映像を左右両眼が同時に見ることによって得られる感覚である」と考察している(例えば、非特許文献1:増田千尋著「3次元ディスプレイ」産業図書株式会社)。即ち、立体画像表示装置の機能としては、左右両眼に視差のある画像を夫々提示することが必要となる。   Conventionally, a display device capable of displaying a stereoscopic image has been studied. In 280 BC, the Greek mathematician Euclid considered that "stereoscopic vision is the sensation that can be obtained by the left and right eyes simultaneously viewing separate images of the same object viewed from different directions." Non-Patent Document 1: Chihiro Masuda, "3D Display" Sangyo Tosho Co., Ltd.) That is, as a function of the stereoscopic image display device, it is necessary to present images with parallax to both the left and right eyes.

この機能を具体的に実現する方法として、従来より多くの立体画像表示方式が検討されているが、これらは眼鏡を使用する方式と眼鏡を使用しない方式に大別することができる。このうち、眼鏡を使用する方式には、色の違いを利用したアナグリフ方式、及び偏光を利用した偏光眼鏡方式等があるが、本質的に眼鏡をかける煩わしさを避けることができないため、近年では眼鏡を使用しない眼鏡なし方式が盛んに検討されている。   As a method for specifically realizing this function, a number of stereoscopic image display methods have been studied. Conventionally, these methods can be roughly classified into a method using glasses and a method not using glasses. Among these, the method of using glasses includes an anaglyph method using a difference in color, a polarizing glasses method using polarized light, and the like, but since it is essentially impossible to avoid the burden of wearing glasses, in recent years, A spectacle-free system that does not use spectacles has been actively studied.

眼鏡なし方式には、レンチキュラレンズ方式、パララックスバリア方式等がある。レンチキュラレンズ方式はIves等により1910年頃に発明されたとされている。パララックスバリア方式は、1896年にBerthierが着想し、1903年にIvesによって実証されたとされている。   Examples of the method without glasses include a lenticular lens method and a parallax barrier method. The lenticular lens system is said to have been invented around 1910 by Ives et al. The parallax barrier method was conceived by Berthier in 1896 and was proven by Ives in 1903.

レンチキュラレンズ方式は、例えば前述の非特許文献1に記載されているように、Ives等により1910年頃に発明された。図22はレンチキュラレンズ121を示す斜視図であり、図23はレンチキュラレンズを使用する立体表示方法を示す光学モデル図である。図22に示すように、レンチキュラレンズ121は一方の面が平面となっており、他方の面には、一方向に延びるかまぼこ状の凸部(シリンドリカルレンズ)122が、その長手方向が相互に平行になるように複数個形成されている。   The lenticular lens system was invented around 1910 by Ives et al., As described in Non-Patent Document 1, for example. FIG. 22 is a perspective view showing the lenticular lens 121, and FIG. 23 is an optical model diagram showing a stereoscopic display method using the lenticular lens. As shown in FIG. 22, one surface of the lenticular lens 121 is flat, and a convex portion (cylindrical lens) 122 extending in one direction is formed on the other surface, and the longitudinal directions thereof are parallel to each other. Are formed.

そして、図23に示すように、観察者側から順に、レンチキュラレンズ121、表示パネル106、光源108が配置されており、レンチキュラレンズ121の焦点面に表示パネル106の画素が位置している。表示パネル106においては、右眼141用の画像を表示する画素123と左眼142用の画像を表示する画素124とが交互に配列されている。このとき、相互に隣接する画素123及び画素124からなる群は、レンチキュラレンズ121の各凸部122に対応している。これにより、光源108から出射し各画素を透過した光は、レンチキュラレンズ121の凸部122により左右の眼に向かう方向に振り分けられる。これにより、左右の眼に相互に異なる画像を認識させることが可能となり、観察者に立体画像を認識させることが可能になる。   Then, as shown in FIG. 23, a lenticular lens 121, a display panel 106, and a light source 108 are arranged in this order from the observer side, and a pixel of the display panel 106 is located on a focal plane of the lenticular lens 121. In the display panel 106, pixels 123 that display an image for the right eye 141 and pixels 124 that display an image for the left eye 142 are alternately arranged. At this time, a group consisting of the pixel 123 and the pixel 124 adjacent to each other corresponds to each convex portion 122 of the lenticular lens 121. As a result, the light emitted from the light source 108 and transmitted through each pixel is distributed by the convex portion 122 of the lenticular lens 121 in the direction toward the left and right eyes. This makes it possible for the left and right eyes to recognize mutually different images, and for the observer to recognize a stereoscopic image.

一方、パララックスバリア方式は、1896年にBerthierが着想し、1903年にIvesによって実証された。図24は、パララックスバリアを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。図24に示すように、パララックスバリア105は、細い縦縞状の多数の開口、即ち、スリット105aが形成されたバリア(遮光板)である。そして、このパララックスバリア105の一方の表面の近傍には、表示パネル106が配置されている。表示パネル106においては、スリットの長手方向と直交する方向に右眼用画素123及び左眼用画素124が配列されている。また、パララックスバリア105の他方の表面の近傍、即ち、表示パネル106の反対側には、光源108が配置されている。   On the other hand, the parallax barrier method was conceived by Berthier in 1896 and was demonstrated by Ives in 1903. FIG. 24 is an optical model diagram showing a stereoscopic image display method using a parallax barrier. As shown in FIG. 24, the parallax barrier 105 is a barrier (light-shielding plate) in which a number of thin vertical stripe openings, that is, slits 105a are formed. A display panel 106 is arranged near one surface of the parallax barrier 105. In the display panel 106, pixels 123 for the right eye and pixels 124 for the left eye are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the slit. A light source 108 is arranged near the other surface of the parallax barrier 105, that is, on the opposite side of the display panel 106.

光源108から出射され、パララックスバリア105の開口(スリット105a)を通過し、右眼用画素123を透過した光は、光束181となる。同様に、光源108から出射され、スリット105aを通過し、左眼用画素124を通過した光は光束182となる。このとき、立体画像の認識が可能となる観察者の位置は、パララックスバリア105と画素との位置関係により決定される。即ち、観察者の右眼141は、複数の右眼用画素123に対応する全ての光束181の通過域内にあり、且つ、観察者の左眼142は、全ての光束182の通過域内にあることが必要となる。これは、図24において、観察者の右眼141と左眼142との中点143が図24に示す四角形の立体可視域107内に位置する場合である。立体可視域107における右眼用画素123及び左眼用画素124の配列方向に延びる線分のうち、立体可視域107における対角線の交点107aを通る線分が最も長い線分となる。このため、中点143が交点107aに位置するとき、観察者の位置が左右方向にずれた場合の許容度が最大となるため、観察位置としては最も好ましい。従って、この立体画像表示方法においては、この交点107aと表示パネル106との距離を最適観察距離ODとし、この距離で観察することを観察者に推奨している。なお、立体可視域107における表示パネル106からの距離が最適観察距離ODとなる仮想的な平面を、最適観察面107bという。これにより、観察者の右眼141及び左眼142に夫々右眼用画素123及び左眼用画素124からの光が到達することになる。このため、観察者は表示パネル106に表示された画像を、立体画像として認識することが可能になる。   Light emitted from the light source 108, passing through the opening (slit 105a) of the parallax barrier 105, and transmitting through the right-eye pixel 123 becomes a light beam 181. Similarly, light emitted from the light source 108, passing through the slit 105a, and passing through the left-eye pixel 124 becomes a light flux 182. At this time, the position of the observer at which the stereoscopic image can be recognized is determined by the positional relationship between the parallax barrier 105 and the pixel. That is, the observer's right eye 141 is within the passband of all the light fluxes 181 corresponding to the plurality of right-eye pixels 123, and the observer's left eye 142 is within the passband of all light fluxes 182. Is required. This is the case where the midpoint 143 between the observer's right eye 141 and left eye 142 in FIG. 24 is located within the rectangular three-dimensional visible area 107 shown in FIG. Of the line segments extending in the arrangement direction of the right-eye pixels 123 and the left-eye pixels 124 in the three-dimensional visible region 107, the line segment passing through the intersection 107a of the diagonal line in the three-dimensional visible region 107 is the longest line segment. For this reason, when the middle point 143 is located at the intersection 107a, the tolerance in the case where the position of the observer is shifted in the left-right direction is maximized. Therefore, in this stereoscopic image display method, the distance between the intersection 107a and the display panel 106 is set as the optimum observation distance OD, and it is recommended to the observer to observe at this distance. Note that a virtual plane in which the distance from the display panel 106 in the three-dimensional visible range 107 is the optimum viewing distance OD is referred to as an optimum viewing plane 107b. Accordingly, the light from the right-eye pixel 123 and the left-eye pixel 124 reaches the right eye 141 and the left eye 142 of the observer, respectively. For this reason, the observer can recognize the image displayed on the display panel 106 as a stereoscopic image.

パララックスバリア方式は、当初考案された際には、パララックスバリアが画素と眼との間に配置されていたこともあり、目障りで視認性が低い点が問題であった。しかし、近時の液晶表示装置の実現に伴って、図24に示すように、パララックスバリア105を表示パネル106の裏側に配置することが可能となって視認性が改善された。このため、パララックスバリア方式の立体画像表示装置については、現在盛んに検討が行われている。   When the parallax barrier method was initially conceived, the parallax barrier was disposed between the pixel and the eye, and thus was problematic in that it was obstructive and low in visibility. However, with the recent realization of the liquid crystal display device, the parallax barrier 105 can be arranged on the back side of the display panel 106 as shown in FIG. For this reason, a parallax barrier type stereoscopic image display device is currently being actively studied.

しかし、パララックスバリア方式が不要な光線をバリアにより「隠す」方式であるのに対し、レンチキュラレンズ方式は光の進む向きを変える方式であり、レンチキュラレンズ方式は、原理的に表示画面の明るさの低下がないという利点を有する。そのため、特に高輝度表示及び低消費電力性能が重視される携帯機器等への適用が検討されつつある。なお、従来のレンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置は、透過型液晶表示装置を表示パネルとして使用している。   However, while the parallax barrier method is a method of “hiding” unnecessary light beams by a barrier, the lenticular lens method is a method of changing the traveling direction of light, and the lenticular lens method is, in principle, the brightness of the display screen There is an advantage that there is no decrease. Therefore, application to portable devices and the like, in which high luminance display and low power consumption performance are particularly important, is being studied. A conventional stereoscopic image display device using a lenticular lens uses a transmission type liquid crystal display device as a display panel.

また、レンチキュラレンズを使用した画像表示装置として、立体画像表示装置の他にも、複数の画像を同時に表示する複数画像同時表示装置が開発されている(例えば、特許文献1参照。)これは、レンチキュラレンズによる画像の振分機能を利用して、観察する方向毎に異なる画像を同時に同一条件で表示するディスプレイである。これにより、1台の複数画像同時表示装置が、この表示装置に対して相互に異なる方向に位置する複数の観察者に対して、相互に異なる画像を同時に提供することができる。特許文献1には、この複数画像同時表示装置を使用することにより、通常の1画像表示装置を同時に表示したい画像の数だけ用意する場合と比較して、設置スペース及び電気代を削減できると記載されている。   As an image display device using a lenticular lens, in addition to a stereoscopic image display device, a multiple image simultaneous display device that simultaneously displays a plurality of images has been developed (for example, see Patent Document 1). This is a display that simultaneously displays different images for each observation direction under the same conditions using an image distribution function of a lenticular lens. Thereby, one multiple image simultaneous display device can simultaneously provide mutually different images to a plurality of observers located in mutually different directions with respect to this display device. Patent Literature 1 states that by using this multiple image simultaneous display device, the installation space and electricity cost can be reduced as compared with a case where a normal single image display device is prepared for the number of images to be simultaneously displayed. Have been.

また、従来より、反射板を有する反射型平面画像表示装置を表示パネルに使用することが検討されている。反射型表示装置は、外部から入射した光を表示装置内部に位置する反射板により反射し、この反射光を表示光源として利用するため、光源としてのバックライト又はサイドライトが不要になる。一方、透過型表示装置はバックライト又はサイドライト等の光源が必要である。従って、表示パネルに反射型表示装置を使用すると、透過型表示装置を使用した場合よりも、低消費電力化を達成できる。このため、近年では携帯機器等への反射型表示装置の適用が進められている。   In addition, conventionally, use of a reflective flat panel image display device having a reflector for a display panel has been studied. In a reflective display device, light incident from the outside is reflected by a reflective plate located inside the display device, and the reflected light is used as a display light source. Therefore, a backlight or a sidelight as a light source is not required. On the other hand, a transmissive display device requires a light source such as a backlight or a sidelight. Therefore, when a reflective display device is used for a display panel, lower power consumption can be achieved than when a transmissive display device is used. For this reason, in recent years, the application of a reflective display device to a portable device or the like has been promoted.

しかしながら、このように、反射型表示装置を使用した場合は、反射板の形状が平坦面であるときには、外光は鏡面のように反射されるため、例えば蛍光灯等の光源の模様が映り込み、表示品質が低下するという問題がある。また、観察者に対し、ある特定の角度からの入射光しか表示に寄与しなくなるため、外光の利用効率が低下するという問題がある。   However, when a reflective display device is used as described above, when the shape of the reflector is a flat surface, external light is reflected like a mirror surface, so that the pattern of a light source such as a fluorescent lamp is reflected. However, there is a problem that display quality is deteriorated. In addition, since only the incident light from a certain specific angle contributes to the display for the observer, there is a problem that the efficiency of using external light is reduced.

このため、特開平8−184846号公報(特許文献2)に記載のように、反射板に凹凸形状を設ける技術が提案されている。図25は凹凸形状を有する反射板の構造例を示す。反射板4の下層に有機膜を設け、その有機膜の表面に凹凸を形成することにより、反射板4の表面に凹凸形状41を形成している。この凹凸形状により、特定方向から入射した外光は、種々の方向に拡散して反射される。また、種々の方向から入射した外光は、観察者方向にも反射される。この結果、光源模様の映り込みを防止し、種々の角度を有する外光を表示に活用できることになる。   For this reason, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-184846 (Patent Document 2), a technique of providing a reflection plate with an uneven shape has been proposed. FIG. 25 shows an example of the structure of a reflector having an uneven shape. An organic film is provided below the reflecting plate 4, and the unevenness 41 is formed on the surface of the reflecting plate 4 by forming irregularities on the surface of the organic film. Due to this uneven shape, external light incident from a specific direction is diffused and reflected in various directions. External light incident from various directions is also reflected toward the observer. As a result, reflection of the light source pattern can be prevented, and external light having various angles can be used for display.

このように、レンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置と、反射型平面表示装置とは、それ自体は夫々公知である。   As described above, the three-dimensional image display device using the lenticular lens and the reflection type flat display device are each known per se.

増田千尋著「3次元ディスプレイ」産業図書株式会社Chihiro Masuda "3D Display" Sangyo Tosho Co., Ltd. 特開平06−332354号公報(図9)JP 06-332354 A (FIG. 9) 特開平8−184846号公報JP-A-8-184846

しかしながら、これらのレンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置と、反射型平面表示装置は、いずれも低消費電力であるという利点があるにも拘わらず、両者を組み合わせた立体画像表示装置は従来存在しなかった。   However, although a stereoscopic image display device using these lenticular lenses and a reflective flat display device both have the advantage of low power consumption, a stereoscopic image display device combining the two has conventionally existed. Did not.

そこで、本発明者らは、前述の立体画像表示装置と反射型平面表示装置とを組み合わせることにより、反射表示において立体画像表示が可能な表示装置を実現し、低消費電力化を図るべく、鋭意検討した。この結果、以下に示すような新たな問題点が明らかになった。   Therefore, the present inventors have eagerly aimed at realizing a display device capable of displaying a stereoscopic image in reflective display by combining the above-described stereoscopic image display device and a reflective flat display device, and reducing power consumption. investigated. As a result, the following new problems became apparent.

即ち、本来ならほぼ一様な輝度を有する筈の立体可視域において、観察位置によっては部分的に輝度が低下する領域が発生するという問題である。観察位置を変化させると、輝度が低下した位置では表示が暗くなって見え、場合によっては暗線の模様が観察される。また、この輝度のムラによって、立体画像表示の品質が低下してしまう。   That is, there is a problem that in a stereoscopic visible region that should have substantially uniform luminance, an area where luminance is partially reduced occurs depending on an observation position. When the observation position is changed, the display appears dark at a position where the luminance is reduced, and in some cases, a dark line pattern is observed. In addition, the quality of the stereoscopic image display deteriorates due to the uneven brightness.

この問題について説明する前に、先ず、従来の透過型液晶表示パネルとレンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置について説明する。図26は2眼式の立体画像表示装置を示した斜視図である。レンチキュラレンズ3を構成する一つのシリンドリカルレンズは、表示パネル2の2画素(左眼用画素51、右眼用画素52)に対応して配置されている。図27に示すように、表示素子の左眼用画素51又は右眼用画素52からの光は、レンチキュラレンズ3により屈折し、夫々領域EL又はERに向けて出射する。このため、観察者が左眼61を領域ELに位置させ、右眼62を領域ERに位置させることにより、左眼61に左眼用の画像が入力されると共に、右眼62に右眼用の画像が入力され、立体画像を認識することができる。   Before describing this problem, first, a stereoscopic image display device using a conventional transmissive liquid crystal display panel and a lenticular lens will be described. FIG. 26 is a perspective view showing a binocular stereoscopic image display device. One cylindrical lens constituting the lenticular lens 3 is arranged corresponding to two pixels (a left-eye pixel 51 and a right-eye pixel 52) of the display panel 2. As shown in FIG. 27, light from the left-eye pixel 51 or the right-eye pixel 52 of the display element is refracted by the lenticular lens 3 and emitted toward the region EL or ER, respectively. For this reason, the observer positions the left eye 61 in the area EL and the right eye 62 in the area ER, so that the image for the left eye is input to the left eye 61 and the right eye 62 is input to the right eye 62. Is input, and a stereoscopic image can be recognized.

次に、レンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置の各部のサイズについて、図28に示す光学モデルを使用して説明する。レンチキュラレンズ3の表面の凸部中心と表示画素との間隔をHとし、レンチキュラレンズ3の屈折率をnとする。なお、レンチキュラレンズ3の表面の凸部中心とは、レンチキュラレンズ3の頂点のことである。レンチキュラレンズ3の片面は平面となっており、他の片面には凸型のシリンドリカルレンズ、即ち一方向に延びるかまぼこ状の凸部31が多数配列されているものとする。このレンチキュラレンズ3の焦点距離はfとし、レンズピッチはLとする。表示素子2の画素は、各1個の左眼用画素51及び右眼用画素52が1組になって配置されている。各画素のピッチはPとする。1つの凸部31に対して各1個の左眼用画素51及び右眼用画素52の2画素からなる組が対応している。また、レンチキュラレンズ3と観察者との間の距離をODとし、この距離ODにおける画素の拡大投影幅、即ち、レンズから距離ODだけ離れレンズと平行な仮想平面上における左眼用画素51及び右眼用画素52の投影像の幅を夫々eとする。更に、レンチキュラレンズ3の中央に位置する凸部31の中心から、レンチキュラレンズ3の端に位置する凸部31の中心までの距離をWとし、表示素子2の中心に位置する左眼用画素51と右眼用画素52の対の中心と、表示素子2の端に位置する画素対の中心との距離をWとする。更にまた、レンチキュラレンズ3の中央に位置する凸部31における光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、レンチキュラレンズ3の端に位置する凸部31における光の入射角及び出射角を夫々γ及びδとする。距離Wと距離Wとの差をCとし、距離Wの領域に含まれる画素数を2m個とする。 Next, the size of each part of the stereoscopic image display device using the lenticular lens will be described using an optical model shown in FIG. The distance between the center of the convex portion on the surface of the lenticular lens 3 and the display pixel is H, and the refractive index of the lenticular lens 3 is n. Note that the center of the convex portion on the surface of the lenticular lens 3 is the vertex of the lenticular lens 3. It is assumed that one surface of the lenticular lens 3 is a flat surface, and a large number of convex cylindrical lenses, that is, a large number of convex portions 31 extending in one direction are arranged on the other surface. The focal length of the lenticular lens 3 is f, and the lens pitch is L. The pixels of the display element 2 each include one pixel 51 for the left eye and one pixel 52 for the right eye. The pitch of each pixel is P. One set of two pixels, one left-eye pixel 51 and one right-eye pixel 52, corresponds to one protrusion 31. The distance between the lenticular lens 3 and the observer is defined as OD, and the enlarged projection width of the pixel at this distance OD, that is, the left-eye pixel 51 and the right pixel 51 on the virtual plane parallel to the lens and separated from the lens by the distance OD. Let the width of the projected image of the eye pixel 52 be e. Furthermore, the wrench from the center of the convex portion 31 located in the center of the lenticular lens 3, wrench the distance to the center of the convex portion 31 located at the end of the lenticular lens 3 and W L, the pixel for the left eye in the center of the display element 2 51 and the center of the pair of right-eye pixel 52, the distance between the center of the pixel pair located at the end of the display element 2 and W P. Furthermore, the incident angle and the outgoing angle of the light at the convex portion 31 located at the center of the lenticular lens 3 are α and β, respectively, and the incident angle and the outgoing angle of the light at the convex portion 31 located at the end of the lenticular lens 3 are respectively. Let γ and δ. Distance W the difference between L and the distance W P is C, the distance W number of pixels contained in the area of P is referred to as the 2m.

通常、表示素子に合わせてレンチキュラレンズを設計する場合が多いので、Pは定数として扱う。また、レンチキュラレンズの材料を選択することにより、nが決定される。これに対して、レンズと観察者との間の距離OD及び観察距離ODにおける画素拡大投影幅eは所望の値を設定する。これらの値を使用して、レンズ面と画素との間の距離H及びレンズピッチLを決定する。スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式1乃至6が成立する。また、下記数式7乃至9が成立する。   Usually, a lenticular lens is often designed according to a display element, so P is treated as a constant. Further, n is determined by selecting the material of the lenticular lens. On the other hand, the pixel expansion projection width e at the distance OD between the lens and the observer and the observation distance OD is set to a desired value. Using these values, the distance H between the lens surface and the pixel and the lens pitch L are determined. From Snell's law and the geometric relationship, the following equations 1 to 6 hold. In addition, the following equations 7 to 9 hold.

Figure 2004280079
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Figure 2004280079
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Figure 2004280079
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Figure 2004280079
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上記数式2、1及び3より、夫々下記数式10、11及び12が成立する。   From the above equations 2, 1 and 3, the following equations 10, 11 and 12 respectively hold.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
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Figure 2004280079
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また、上記数式6及び9より下記数式13が成立する。また、上記数式7乃至9より、下記数式14が成立する。更に、上記数式5より、下記数式15が成立する。   Further, the following Expression 13 is established from Expressions 6 and 9. Also, from the above equations 7 to 9, the following equation 14 is established. Further, the following equation 15 is established from the above equation 5.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
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なお、下記数式16に示すように、通常はレンチキュラレンズ表面の凸部中心と画素との間隔Hを焦点距離fと等しく配置するので、レンズの曲率半径rは下記数式17により求まる。   As shown in the following equation (16), the distance H between the pixel and the center of the convex portion on the surface of the lenticular lens is usually set to be equal to the focal length f, so that the radius of curvature r of the lens is obtained by the following equation (17).

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
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次に、上記設計に基づき、市販の光線追跡シミュレータを使用して、立体画像表示装置の計算機シミュレーションを行った。図29は、このシミュレーションに使用する光学モデルを示す図である。本例では、画素ピッチPが0.24mmである表示素子を仮定し、レンチキュラレンズ3の材料として屈折率nが1.49であるポリメチルメタクリレート(PMMA)を使用し、レンズと観察者との距離ODを280mmとし、距離ODにおける画素拡大投影幅eを65mmとし、mの値を60と設定すると、上記各数式により、レンズ面と画素との距離Hは1.57mm、レンズの焦点距離fは1.57mm、レンズピッチLは0.4782mm、レンズの曲率半径rは0.5161mmとすれば良いことがわかる。これにより、受光面18は、レンズ面から280mmの位置に配置したことになる。また、画素ピッチP=0.24mmであるから、画素の幅は0.24mmである。そして、画素の中央部に発光領域17を配置した。発光領域17の幅は0.186mmに設定した。従って、発光領域17の両側には幅が夫々0.027mmの非表示領域が設けられている。発光領域17が発光する光は拡散光とした。非表示領域は、表示装置の混色を防止したり、画素に表示信号を伝送したりする目的で配置される遮光部に相当する。更に、シミュレーションを容易にするために、表示素子中心付近に位置する右眼用のひとつの画素のみ設定した。   Next, based on the above design, computer simulation of the stereoscopic image display device was performed using a commercially available ray tracing simulator. FIG. 29 is a diagram showing an optical model used for this simulation. In this example, a display element having a pixel pitch P of 0.24 mm is assumed, and polymethyl methacrylate (PMMA) having a refractive index n of 1.49 is used as the material of the lenticular lens 3, and the lens and the viewer When the distance OD is set to 280 mm, the pixel enlarged projection width e at the distance OD is set to 65 mm, and the value of m is set to 60, the distance H between the lens surface and the pixel is 1.57 mm and the focal length f of the lens is Is 1.57 mm, the lens pitch L is 0.4782 mm, and the radius of curvature r of the lens is 0.5161 mm. As a result, the light receiving surface 18 is located at a position 280 mm from the lens surface. In addition, since the pixel pitch P is 0.24 mm, the width of the pixel is 0.24 mm. Then, the light emitting region 17 was arranged at the center of the pixel. The width of the light emitting region 17 was set to 0.186 mm. Therefore, non-display areas each having a width of 0.027 mm are provided on both sides of the light emitting area 17. The light emitted from the light emitting region 17 was diffused light. The non-display area corresponds to a light-shielding portion arranged for the purpose of preventing color mixture of the display device or transmitting a display signal to a pixel. Furthermore, in order to facilitate the simulation, only one pixel for the right eye located near the center of the display element was set.

図30は、レンズ表面から距離OD=280mmだけ離れた観察面における観察位置を横軸にとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、このシミュレーションの結果を示したグラフ図である。横軸の観察位置の−60mmから0mmの範囲の照度が高くなっており、その値は概ね一様である。即ち、この範囲に右眼を配置した場合、右眼には十分な量の光が入射し、左眼には光がほとんど入射しない。これは、実際の立体画像表示装置において、左眼用画素に左眼用画像を表示させ、右眼用画素に右眼用画像を表示させた場合、左眼には左眼用画像が入力され、右眼には右眼用画像が入力され、両画像の分離が十分に確保され、この結果観察者は立体画像を良好に認識できることを意味する。   FIG. 30 is a graph showing the results of this simulation, in which the horizontal axis represents the observation position on the observation surface separated by a distance OD = 280 mm from the lens surface, and the vertical axis represents the illuminance at this observation position. The illuminance in the range of −60 mm to 0 mm at the observation position on the horizontal axis is high, and the value is substantially uniform. That is, when the right eye is arranged in this range, a sufficient amount of light is incident on the right eye and almost no light is incident on the left eye. This is because, in an actual stereoscopic image display device, when a left-eye image is displayed on a left-eye pixel and a right-eye image is displayed on a right-eye pixel, a left-eye image is input to the left eye. The right-eye image is input to the right eye, and the separation between the two images is sufficiently ensured. As a result, this means that the observer can recognize the stereoscopic image well.

次に、上述の立体表示装置を反射型表示にすべく、画素の発光領域を反射板に設定して計算機シミュレーションを行った。図31は、このシミュレーションに使用する光学モデルを示す図である。凹凸形状41は反射板4の一部にのみ設定したが、これは平坦部との差異を明らかにするためである。具体的には、斜面角度30°、高さ2μmの突起を、反射板の中心に対しピッチ10μmで3列設けた。光源19は、全てのレンズを覆う横幅に設定し、レンズ表面から1mmの位置に配置した。光源19の光は拡散光である。図32は、このシミュレーション結果を示したグラフ図である。−30mmの位置に照度低下が発生していることがわかる。即ち、この位置で観察した場合には表示が暗くなって観察されてしまうという問題がある。   Next, in order to make the above-mentioned three-dimensional display device a reflection type display, a computer simulation was performed by setting a light emitting area of a pixel to a reflection plate. FIG. 31 is a diagram showing an optical model used for this simulation. The concavo-convex shape 41 is set only on a part of the reflection plate 4 in order to clarify the difference from the flat portion. Specifically, three rows of projections having a slope angle of 30 ° and a height of 2 μm were provided at a pitch of 10 μm with respect to the center of the reflector. The light source 19 was set to have a lateral width covering all the lenses, and was disposed at a position 1 mm from the lens surface. The light from the light source 19 is diffused light. FIG. 32 is a graph showing the results of this simulation. It can be seen that the illuminance is reduced at the position of −30 mm. That is, when observed at this position, there is a problem that the display becomes dark and observed.

また、上記のシミュレーションではあるひとつの画素について取り上げたが、一般的には凹凸形状は全ての表示画素にわたってランダムな位置に存在する。そうすると、表示装置の各画素によって明るさが異なって観察されるため、立体画像に明るさの違いが重畳して観察される。この結果、立体画像表示の品質が低下するという問題がある。なお、このような問題点は、立体画像表示装置に限らず、前述の複数画像同時表示装置等のような複数の視点に対して相互に異なる画像を同時に表示する表示装置には一般的に発生する。   Further, in the above simulation, one pixel is taken up. However, in general, the uneven shape exists at random positions over all display pixels. Then, since the brightness is observed differently for each pixel of the display device, the difference in brightness is observed while being superimposed on the stereoscopic image. As a result, there is a problem that the quality of the stereoscopic image display is reduced. Note that such a problem is not limited to the stereoscopic image display device and generally occurs in a display device that simultaneously displays different images from a plurality of viewpoints, such as the above-described multiple image simultaneous display device. I do.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、反射表示において明るさが低下せず、表示品質が優れた画像表示装置及びそれを使用した携帯端末を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an image display device that does not decrease in brightness in reflective display and has excellent display quality, and a portable terminal using the same.

本願第1発明に係る画像表示装置は、1表示単位に第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離fが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Hと異なることを特徴とする。   In the image display device according to the first aspect of the present invention, a plurality of display units including at least a pixel for displaying an image for a first viewpoint and a pixel for displaying an image for a second viewpoint in one display unit are arranged in a matrix. A display panel, a lens provided with a plurality of lens elements disposed in front of the display panel and configured to refract light emitted from the pixels and emit light in different directions from each other; A reflector that is disposed behind the panel and reflects external light toward the lens and has an uneven shape on the surface, and the focal length f of the lens is between the surface of the reflector and the vertex of the lens. The distance H is different from the distance H.

本発明においては、レンズにより集光された光が、反射板の表面で、ある一定の面積を有するため、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射され、反射光は様々な角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。   In the present invention, since the light condensed by the lens has a certain area on the surface of the reflector, the light is reflected at a plurality of types of inclination angles, such as an uneven slope and a flat portion, and the reflected light is Proceed to various angles. Since this part also advances toward the observer, it can contribute to display. Thereby, it is possible to prevent a decrease in luminance due to the uneven shape.

本願第2発明に係る画像表示装置は、1表示単位に透過領域及び反射領域を備え第1視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離fが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Hと異なることを特徴とする。   An image display device according to a second aspect of the present invention includes a pixel that includes a transmission area and a reflection area in one display unit and displays an image for a first viewpoint, and a pixel that includes a transmission area and a reflection area and displays an image for a second viewpoint. And a plurality of lens elements disposed in front of the display panel and refracting light emitted from each of the pixels and emitting the light in mutually different directions. And a light source that irradiates light to the transmissive area of the display panel, and reflects external light toward the lens disposed in a reflective area in the display panel or behind a reflective area of the display panel. And a reflector having an uneven shape on the surface, wherein the focal length f of the lens is different from the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens.

この画像表示装置においても、反射領域においては、レンズにより集光された光がある一定の面積を有するため、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射され、反射光は様々な角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができ、これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。   Also in this image display device, in the reflection area, since the light condensed by the lens has a certain area, the light is reflected at a plurality of types of inclination angles, such as an uneven slope and a flat portion, and the reflected light is Proceed to various angles. Since this part also advances toward the observer, it can contribute to the display, thereby preventing a decrease in luminance due to the uneven shape.

本発明に係る画像表示装置において、前記レンズの焦点距離が前記反射板とレンズとの距離より小さいことが好ましい。   In the image display device according to the present invention, it is preferable that a focal length of the lens is smaller than a distance between the reflector and the lens.

更に、本発明に係る画像表示装置は、前記レンズのピッチをLとし、前記凹凸形状の最小ピッチをVとするとき、前記レンズの焦点距離f、及び前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Hが数式18を満たすことが好ましい。   Further, the image display device according to the present invention, when the pitch of the lens is L and the minimum pitch of the uneven shape is V, the focal length f of the lens, and the distance between the surface of the reflector and the vertex of the lens. It is preferable that the distance H satisfies Expression 18.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

更に、本発明に係る画像表示装置は、最適観察距離をODとし、前記最適観察距離ODにおける画素の拡大投影幅をeとし、前記レンズの屈折率をnとし、表示素子の画素ピッチをPとするとき、前記レンズの焦点距離fが下記数式19乃至21を満たすことが好ましい。   Further, the image display device according to the present invention, the optimal observation distance is OD, the enlarged projection width of the pixel at the optimal observation distance OD is e, the refractive index of the lens is n, the pixel pitch of the display element is P. In this case, it is preferable that the focal length f of the lens satisfies Expressions 19 to 21 below.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

これにより、本発明においては、凹凸形状に起因する輝度低下をより抑制することができる。   Thereby, in the present invention, it is possible to further suppress the decrease in luminance due to the uneven shape.

本発明に係る画像表示装置は、前記最適観察距離OD、前記画素拡大投影幅e、前記レンズの屈折率n、前記反射板の表面とレンズの表面の凸部中心との間の距離H、及び表示素子の画素ピッチPが前記数式19乃至20及び下記数式22を満たすことが好ましい。   The image display device according to the present invention includes the optimal observation distance OD, the pixel enlarged projection width e, the refractive index n of the lens, the distance H between the surface of the reflector and the center of the convex portion of the lens surface, and It is preferable that the pixel pitch P of the display element satisfies Expressions 19 to 20 and Expression 22 below.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

本発明においては、レンズ面と画素間の距離が固定である場合にも適用することができ、かつ凹凸形状に起因する輝度低下を抑制することができる。   The present invention can be applied to a case where the distance between the lens surface and the pixel is fixed, and can suppress a decrease in luminance due to the uneven shape.

本発明に係る画像表示装置は、前記レンズの焦点距離が前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Hより大きいように構成することができる。   The image display device according to the present invention can be configured such that the focal length of the lens is larger than the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens.

更に、本発明に係る画像表示装置は、前記レンズの焦点距離f、前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離H、前記レンズピッチL、及び前記凹凸形状の最小ピッチVが下記数式23を満たすことが好ましい。   Further, in the image display device according to the present invention, the focal length f of the lens, the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens, the lens pitch L, and the minimum pitch V of the concave and convex shape are as follows. Equation 23 is preferably satisfied.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

更に、本発明に係る画像表示装置は、前記最適観察距離OD、前記画素拡大投影幅e、前記レンズの屈折率n、前記レンズの焦点距離f、及び表示素子の画素ピッチPが前記数式19乃至21を満たすことが好ましい。本発明においては、レンズ面と画素間の距離を小さくすることができる。これにより、画像表示装置の総厚を小さくすることができる。   Further, in the image display device according to the present invention, the optimum observation distance OD, the pixel enlarged projection width e, the refractive index n of the lens, the focal length f of the lens, and the pixel pitch P of the display element are expressed by the above-mentioned equations (19) to (19). 21 is preferably satisfied. In the present invention, the distance between the lens surface and the pixel can be reduced. Thereby, the total thickness of the image display device can be reduced.

更に、本発明に係る画像表示装置は、前記最適観察距離OD、前記画素拡大投影幅e、前記レンズの屈折率n、前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離H、及び表示素子の画素ピッチPが前記数式19乃至20及び22を満たすことが好ましい。本発明においては、焦点距離を大きく設定することができる。これにより、レンズの凹凸の高さを小さくすることができるため、レンズの模様が目立ちにくくなり、画像の表示品質が向上する。   Further, the image display device according to the present invention is characterized in that the optimum observation distance OD, the pixel enlarged projection width e, the refractive index n of the lens, the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens, and the display It is preferable that the pixel pitch P of the element satisfies the expressions 19 to 20 and 22. In the present invention, the focal length can be set large. As a result, the height of the lens irregularities can be reduced, so that the lens pattern becomes less noticeable, and the image display quality is improved.

本願第3発明に係る画像表示装置は、1表示単位に第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする。   In the image display device according to the third aspect of the present invention, a plurality of display units including at least a pixel for displaying an image for a first viewpoint and a pixel for displaying an image for a second viewpoint are arranged in a matrix. A display panel, a lens provided with a plurality of lens elements disposed in front of the display panel and configured to refract light emitted from the pixels and emit light in different directions from each other; A reflector that is disposed behind the panel and reflects external light toward the lens and has an uneven shape on the surface, and the unevenness on the surface of the reflector reflects light that is incident multiple times. It is characterized by having a shape.

本願第4発明に係る画像表示装置は、1表示単位に透過領域及び反射領域を備え第1視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第2視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする。   An image display device according to a fourth aspect of the present invention includes a pixel that includes a transmission area and a reflection area in one display unit and displays an image for a first viewpoint, and a pixel that includes a transmission area and a reflection area and displays an image for a second viewpoint. A display panel in which a plurality of display units are arranged in a matrix, and a plurality of lens elements disposed in front of the display panel and refracting light emitted from each of the pixels and emitting light in different directions from each other. A formed lens, a light source that irradiates light to the transmission area of the display panel, and a reflection area in the display panel or a reflection area of the display panel that is disposed behind the reflection area and reflects external light toward the lens. And a reflector having an uneven shape on the surface thereof, wherein the uneven shape on the surface of the reflector has a shape that reflects incident light a plurality of times.

本発明においては、凹凸形状のひとつの斜面で反射した光の一部分は、別の斜面で再反射した後に、観察者の方向に進行することができる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。   In the present invention, a part of the light reflected on one slope of the uneven shape can travel in the direction of the observer after being re-reflected on another slope. Thereby, it is possible to prevent a decrease in luminance due to the uneven shape.

更に、本発明に係る画像表示装置においては、前記凹凸形状の傾斜角が50°以上であることが好ましい。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下をより抑制することができる。   Furthermore, in the image display device according to the present invention, it is preferable that the inclination angle of the uneven shape is 50 ° or more. Thereby, it is possible to further suppress a decrease in luminance due to the uneven shape.

本願第5発明に係る画像表示装置は、1表示単位に第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする。   In the image display device according to the fifth aspect of the present invention, a plurality of display units including at least a pixel displaying an image for a first viewpoint and a pixel displaying an image for a second viewpoint are arranged in a matrix in one display unit. A lenticular lens formed with a plurality of cylindrical lenses that are arranged in front of the display panel, refract light emitted from the pixels and emit light in different directions from each other, and the display panel or A reflector disposed behind the display panel to reflect external light toward the lens and having a concave and convex shape on the surface, and a slope having a certain inclination angle in the concave and convex shape in the arrangement direction of the cylindrical lenses. Are characterized in that the existence probabilities are uniform in the pixel.

本願第6発明に係る画像表示装置は、1表示単位に透過領域及び反射領域を備え第一視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第二視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする。   An image display device according to a sixth aspect of the present invention includes a pixel that includes a transmission area and a reflection area in one display unit and displays an image for a first viewpoint, and a pixel that includes a transmission area and a reflection area and displays an image for a second viewpoint. A display panel in which a plurality of display units are arranged in a matrix, and a plurality of cylindrical lenses arranged in front of the display panel and refracting light emitted from each of the pixels and emitting light in different directions. A lenticular lens formed, a light source for irradiating light to the transmission area of the display panel, and a reflection area in the display panel or a reflection area of the display panel disposed behind the reflection area to reflect external light toward the lens. And a reflector having an uneven shape on the surface, and in the arrangement direction of the cylindrical lenses, there is a slope having a certain inclination angle in the uneven shape. Probability characterized in that it is uniform in the pixels.

シリンドリカルレンズは、その長手方向においてレンズ効果を持たないため、各画素における凹凸形状の光学的な効果は、シリンドリカルレンズの長手方向における効果を積分したものになる。従って、凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率を画素中で均一とすれば、前記光学的特性は、シリンドリカルレンズの配列方向における全ての位置において、同じ傾斜角が連続的に配置された場合と等価になる。この結果、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。   Since the cylindrical lens has no lens effect in the longitudinal direction, the optical effect of the concavo-convex shape in each pixel is obtained by integrating the effect in the longitudinal direction of the cylindrical lens. Therefore, assuming that the existence probability of a slope having a certain inclination angle in the concavo-convex shape is uniform in the pixel, the optical characteristics are such that the same inclination angle is continuously arranged at all positions in the arrangement direction of the cylindrical lenses. It is equivalent to the case. As a result, it is possible to prevent a decrease in luminance due to the uneven shape.

更に、本発明に係る画像表示装置は、前記シリンドリカルレンズの長手方向における前記凹凸形状のピッチが、前記シリンドリカルレンズの配列方向における前記凹凸形状のピッチより小さいことが好ましい。これにより、凹凸形状を一画素中により密に配置することができるため、画素ピッチが小さな高精細パネルへの適用が容易になる。   Further, in the image display device according to the present invention, it is preferable that a pitch of the concave and convex shapes in a longitudinal direction of the cylindrical lens is smaller than a pitch of the concave and convex shapes in an arrangement direction of the cylindrical lenses. Thereby, the uneven shape can be arranged more densely in one pixel, so that application to a high definition panel having a small pixel pitch becomes easy.

本発明に係る画像表示装置において、前記レンズがレンチキュラレンズ又はフライアイレンズであることが好ましい。また、前記表示装置が液晶表示装置であっても良い。   In the image display device according to the present invention, it is preferable that the lens is a lenticular lens or a fly-eye lens. Further, the display device may be a liquid crystal display device.

本発明に係る携帯端末装置は、前述の画像表示装置を有することを特徴とする。また、この携帯端末装置は、携帯電話、携帯端末、PDA(Personal Digital Assistance:携帯型情報端末)、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであってもよい。   A portable terminal device according to the present invention includes the above-described image display device. The portable terminal device may be a portable telephone, a portable terminal, a PDA (Personal Digital Assistance: portable information terminal), a game machine, a digital camera, or a digital video.

本発明によれば、レンズにより集光された光が、反射板の表面で、ある一定の面積を有するため、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射され、反射光は様々な角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができ、反射表示において明るさの低下がなく、優れた表示品質を有する画像表示装置を得ることができる。   According to the present invention, since the light condensed by the lens has a certain area on the surface of the reflecting plate, the light is reflected at a plurality of types of inclination angles such as an uneven slope and a flat portion, and the reflected light Travels at various angles. Since this part also advances toward the observer, it can contribute to display. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in luminance due to the uneven shape, and it is possible to obtain an image display device having excellent display quality without a decrease in brightness in reflective display.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図であり、図2は本実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。立体画像表示装置1は反射型液晶表示パネル2とレンチキュラレンズ3より構成される。反射型液晶表示パネル2は、基板6と透明基板7との間に、液晶層5が挟まれて構成されており、基板6の液晶層側の表面に画素電極(反射板4)が形成され、透明基板7の液晶層側の表面に対向電極(図示せず)が形成されている。これらの画素電極及び対向電極は相互に直交する方向に延びる線状の電極であり、この画素電極と対向電極とが交差する位置の画素を選択して両者間に電圧を印加して液晶の配向を制御し、画像表示するようになっている。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a stereoscopic image display device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a portable terminal device according to the present embodiment. The stereoscopic image display device 1 includes a reflective liquid crystal display panel 2 and a lenticular lens 3. The reflective liquid crystal display panel 2 has a configuration in which a liquid crystal layer 5 is sandwiched between a substrate 6 and a transparent substrate 7, and a pixel electrode (reflective plate 4) is formed on the surface of the substrate 6 on the liquid crystal layer side. A counter electrode (not shown) is formed on the surface of the transparent substrate 7 on the liquid crystal layer side. The pixel electrode and the counter electrode are linear electrodes extending in a direction orthogonal to each other. A pixel at a position where the pixel electrode and the counter electrode intersect is selected, and a voltage is applied between them to align the liquid crystal. Is controlled and an image is displayed.

本実施形態においては、液晶層5の背面側に配置された画素電極により反射板4が構成されている。この反射板は凹凸形状41を有する。この凹凸形状41の大きさは、従来の反射型液晶表示装置の反射板の凹凸形状と同様であるが、一例として、2μmの高さ、及び10μmのピッチを有する。   In the present embodiment, the reflection plate 4 is constituted by the pixel electrodes arranged on the back side of the liquid crystal layer 5. This reflector has an uneven shape 41. The size of the uneven shape 41 is the same as the uneven shape of the reflector of the conventional reflection type liquid crystal display device, but has a height of 2 μm and a pitch of 10 μm as an example.

透明基板7の上には、レンチキュラレンズ3が配置されている。このレンチキュラレンズ3は、凸部31が一定のピッチで現れる湾曲した表面(シリンドリカル面)が多数形成されており、このシリンドリカル面の長手方向(湾曲中心軸線が延びる方向)は、本実施形態では、画素電極(反射板4)が延びる方向に平行である。また、このシリンドリカル面は、2個の画素(画素電極4)について1個配置されるものである。   The lenticular lens 3 is disposed on the transparent substrate 7. The lenticular lens 3 has a large number of curved surfaces (cylindrical surfaces) in which the convex portions 31 appear at a constant pitch. The longitudinal direction of the cylindrical surface (the direction in which the curved center axis extends) is, in this embodiment, It is parallel to the direction in which the pixel electrode (reflector 4) extends. In addition, one cylindrical surface is arranged for two pixels (pixel electrodes 4).

本実施形態では、画素は、前述の如く、1個の左眼用画素4aと、1個の右眼用画素4bとから1表示単位が構成され、各表示単位において、左眼用画素から出射された光と、右眼用画素から出射された光とが、レンチキュラレンズ3の対応する1個のシリンドリカルレンズにより左眼と右眼とに向けて振り分けられる。この場合に、外光はレンチキュラレンズ3、透明基板7及び液晶層5を透過して、液晶層5の下面に位置する反射板4にて反射し、再度、液晶層5、透明基板7及びレンチキュラレンズ3を透過する。このとき、反射板4に対し、特定方向から入射した外光は、反射板4の表面の凹凸形状41により、種々の方向に拡散して反射し、観察者方向にも反射する。これにより、光源模様の映り込みを防止し、種々の角度を有する外光を表示に活用できることができる。   In the present embodiment, as described above, one display unit is composed of one left-eye pixel 4a and one right-eye pixel 4b, and each pixel emits light from the left-eye pixel in each display unit. The light thus emitted and the light emitted from the pixel for the right eye are distributed to the left eye and the right eye by one corresponding cylindrical lens of the lenticular lens 3. In this case, the external light passes through the lenticular lens 3, the transparent substrate 7 and the liquid crystal layer 5, is reflected by the reflection plate 4 located on the lower surface of the liquid crystal layer 5, and is again irradiated with the liquid crystal layer 5, the transparent substrate 7 and the lenticular. The light passes through the lens 3. At this time, external light incident on the reflector 4 from a specific direction is diffused and reflected in various directions by the uneven shape 41 on the surface of the reflector 4, and is also reflected toward the observer. Thus, reflection of the light source pattern can be prevented, and external light having various angles can be used for display.

而して、本実施形態においては、レンチキュラレンズ3の表面の凸部31中心と、反射板4の表面、つまり画素との間の距離HRは、前記数式10乃至12により算出される従来の光学モデルでのレンチキュラレンズ3の表面の凸部中心と画素との間の距離Hよりも大きく設定されている。この結果、レンズ面と画素との間の距離HRは、レンチキュラレンズ3の焦点距離fより大きい。即ち、本実施形態においては、レンチキュラレンズ3の焦点距離fは、前記数式10乃至12及び16により算出される。このとき、観察距離ODは、例えば、以下のように定義される最適観察距離である。この最適観察距離とは、観察者の右眼と左眼との中点を位置させることにより前記右眼に前記右眼用の画像を表示する画素から出射した光が入射すると共に前記左眼に前記左眼用の画像を表示する画素から出射した光が入射する立体可視域における1表示単位内の左眼用画素4aと右眼用画素4bとを結ぶ方向に延びる線分のうち最も長い線分と、反射型液晶表示パネル2との間の距離である。   Thus, in the present embodiment, the distance HR between the center of the convex portion 31 on the surface of the lenticular lens 3 and the surface of the reflecting plate 4, that is, the pixel, is calculated by the above-described conventional optical system. The distance is set to be larger than the distance H between the pixel and the center of the convex portion on the surface of the lenticular lens 3 in the model. As a result, the distance HR between the lens surface and the pixel is larger than the focal length f of the lenticular lens 3. That is, in the present embodiment, the focal length f of the lenticular lens 3 is calculated by the above equations (10) to (12) and (16). At this time, the observation distance OD is, for example, an optimum observation distance defined as follows. This optimal observation distance is that light emitted from a pixel displaying the image for the right eye is incident on the right eye by locating the midpoint between the right eye and the left eye of the observer, and is incident on the left eye. The longest line among the line segments extending in the direction connecting the left-eye pixel 4a and the right-eye pixel 4b within one display unit in the three-dimensional visible range where light emitted from the pixel for displaying the image for the left eye enters. And the distance between the reflective liquid crystal display panel 2 and the minute.

この立体画像表示装置1は、例えば、図2に示すような携帯電話9の画像表示に使用される。   The stereoscopic image display device 1 is used, for example, for displaying an image of a mobile phone 9 as shown in FIG.

次に、本発明の効果を説明するために行った計算機シミュレーションの結果について説明する。図3は計算機シミュレーションに使用した光学モデルを示す。図31の従来の光学モデルではレンズ表面(凸部中心)と画素との間の距離HRが1.57mmに設定され、レンズの焦点距離f=1.57mmと等しい。これに対し、図3の本発明の光学モデルではレンズの表面(凸部中心)と画素との間の距離HRが1.77mmに設定され、レンズの焦点距離f=1.57mmより大きい点が図31の場合と異なる。   Next, the result of a computer simulation performed to explain the effect of the present invention will be described. FIG. 3 shows an optical model used for computer simulation. In the conventional optical model of FIG. 31, the distance HR between the lens surface (center of the convex portion) and the pixel is set to 1.57 mm, which is equal to the focal length f of the lens = 1.57 mm. On the other hand, in the optical model of the present invention shown in FIG. 3, the distance HR between the surface of the lens (center of the convex portion) and the pixel is set to 1.77 mm, and the focal point f of the lens is larger than 1.57 mm. This is different from the case of FIG.

図4(a)は図3の光学モデルを使用した場合のシミュレーション結果を示すグラフ図であり、本発明を適用した場合の結果である。これに対し、比較例として、図31の従来の光学モデルを使用した場合のシミュレーション結果を図4(b)に示す。これらの図によれば、図4(b)で生じていた−30mm付近での輝度低下が、図4(a)では大幅に緩和されていることがわかる。従って、−30mm付近で観察しても表示が暗くなることはない。   FIG. 4A is a graph showing a simulation result when the optical model of FIG. 3 is used, and is a result when the present invention is applied. On the other hand, as a comparative example, a simulation result when the conventional optical model of FIG. 31 is used is shown in FIG. According to these figures, it can be seen that the decrease in luminance near -30 mm, which has occurred in FIG. 4B, is greatly alleviated in FIG. 4A. Therefore, the display does not darken even when observed near -30 mm.

図5(a)及び(b)は、本発明の原理について、定性的に説明するための概念図である。このうち、図5(a)は、図31に示す光学モデルにおいて、入射する外光のうち、ある平行光成分の光線91の軌跡を示した概念図である。レンズ面と画素との間の距離Hが焦点距離fと等しくなるように配置されているため、レンチキュラレンズ3により集光された光91は、反射板4の表面で焦点を結び、凹凸形状の斜面で反射されると、観察者の方向とは異なる方向に進行する。このため、実質的に表示には寄与しない。これに対して、図5(b)に示す本発明の光学モデルでは、レンズ面と画素間の距離HRが焦点距離fより大きく設定されているために、レンチキュラレンズ3により集光された光は反射板4上で、ある一定の面積を有する。この結果、凹凸形状の斜面及び平坦部等、複数の種類の傾斜角で反射されるので、反射光は種々の角度に進行する。この一部分は観察者方向にも進行するため、表示に寄与することができる。従って、本発明によれば、輝度低下を防止することができる。   FIGS. 5A and 5B are conceptual diagrams for qualitatively explaining the principle of the present invention. Among them, FIG. 5A is a conceptual diagram showing a trajectory of a light ray 91 of a certain parallel light component among incident external light in the optical model shown in FIG. Since the distance H between the lens surface and the pixel is arranged so as to be equal to the focal length f, the light 91 condensed by the lenticular lens 3 is focused on the surface of the reflection plate 4 and has an uneven shape. When reflected by the slope, the light travels in a direction different from the direction of the observer. Therefore, it does not substantially contribute to display. On the other hand, in the optical model of the present invention shown in FIG. 5B, since the distance HR between the lens surface and the pixel is set to be larger than the focal length f, the light collected by the lenticular lens 3 is It has a certain area on the reflection plate 4. As a result, the light is reflected at a plurality of types of inclination angles, such as an uneven slope and a flat portion, so that the reflected light travels at various angles. Since this part also advances toward the observer, it can contribute to display. Therefore, according to the present invention, a decrease in luminance can be prevented.

レンズ面と画素との間の距離HRに関しては、図6に示すように、レンチキュラレンズ3により集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射することが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをVとすると、レンズピッチLを底辺とし、焦点距離fを高さとする三角形と、底辺が凹凸形状のピッチVであり、高さがレンズ面と画素間の距離HRから焦点距離fを差し引いた値である三角形との間に相似の関係が成り立つ。従って、レンズにより集光された光が複数の傾斜角の斜面を照射するための条件は、下記数式24にて表される。これを変形すると、下記数式25が得られる。   Regarding the distance HR between the lens surface and the pixel, as shown in FIG. 6, it is particularly preferable that the light condensed by the lenticular lens 3 irradiates an inclined surface having a plurality of inclination angles. As a result, the angle distribution of the reflected light can be made wider and the ratio of reflection in the viewer direction can be increased. Assuming that the pitch of the concavo-convex shape is V, a triangle having a lens pitch L as a base and a focal length f as a height, a base V with a pitch of the concavo-convex shape, and a height of a distance between the lens surface and the pixel A similar relationship holds between a triangle obtained by subtracting the focal length f from HR. Accordingly, the condition for irradiating the light condensed by the lens on the inclined surface having a plurality of inclination angles is expressed by the following equation (24). By transforming this, the following equation 25 is obtained.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

即ち、数式25を満たすようにレンズ面と画素間の距離HRを設定するのが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをVとすることで、本発明を適用することができる。   That is, it is preferable to set the distance HR between the lens surface and the pixel so as to satisfy Expression 25. In addition, when the positions of the uneven shapes are random, the present invention can be applied by setting the minimum pitch among the uneven shapes to V.

本発明における表示素子は、画素電極に凹凸形状を有する反射板が存在すれば良い。本発明の実施形態では、反射型液晶表示素子を用いた場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば電気泳動現象を利用した表示素子を利用することができる。また、凹凸形状は、斜面を有する構造であれば適用可能であり、点状、棒状、窪み状などその全体的な形状には左右されない。また、画素電極の駆動方法は、TFT方式及びTFD方式等のアクティブマトリクス方式でも良いし、STN方式等のパッシブマトリクス方式でも適用可能である。   In the display element of the present invention, it is sufficient that the pixel electrode has a reflector having an uneven shape. In the embodiment of the present invention, the case where the reflective liquid crystal display element is used has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a display element using an electrophoretic phenomenon can be used. In addition, the uneven shape can be applied as long as it has a structure having a slope, and is not affected by the overall shape such as a dot shape, a bar shape, and a dent shape. The driving method of the pixel electrode may be an active matrix method such as a TFT method or a TFD method, or a passive matrix method such as an STN method.

また、上述の説明はレンチキュラレンズの場合について行ったが、フライアイレンズへの適用もできることは勿論である。図7はフライアイレンズ10を示す斜視図である。レンチキュラレンズ3が、図22に示すように、一方向に延びるシリンドリカルレンズ3が相互に平行に配置された形状を有し、1表示単位における左眼用画素と右眼用画素とを結ぶ方向に、つまり左右方向に凸面が繰り返され、この左右方向に直交するレンチキュラレンズ3の長手方向には、その表面は変化しない。つまり、左右方向に延びる断面の形状は、レンチキュラレンズ3の長手方向には変化しない。これに対し、フライアイレンズ10は左眼用画素と右眼用画素とを結ぶ方向と、この方向に直交する方向とのいずれの方向にも凸面が繰り返される。つまり、1表示単位における左眼用画素と右眼用画素とが対向する方向(左右方向)については、この1組の左眼用画素と右眼用画素とに対して1個の凸面が配置される点は、レンチキュラレンズの場合と同様であるが、フライアイレンズは、前記左右方向に直交する方向にも、2画素(右眼用の2画素又は左眼用の2画素)毎に1個の凸面が配置されている。   Although the above description has been made with reference to the case of a lenticular lens, it is needless to say that the present invention can be applied to a fly-eye lens. FIG. 7 is a perspective view showing the fly-eye lens 10. As shown in FIG. 22, the lenticular lens 3 has a shape in which cylindrical lenses 3 extending in one direction are arranged in parallel with each other, and extends in a direction connecting the left-eye pixel and the right-eye pixel in one display unit. That is, the convex surface is repeated in the left-right direction, and the surface does not change in the longitudinal direction of the lenticular lens 3 orthogonal to the left-right direction. That is, the shape of the cross section extending in the left-right direction does not change in the longitudinal direction of the lenticular lens 3. On the other hand, the convex surface of the fly-eye lens 10 is repeated in both the direction connecting the left-eye pixel and the right-eye pixel and the direction orthogonal to this direction. That is, in the direction (left-right direction) where the left-eye pixel and the right-eye pixel face each other in one display unit, one convex surface is arranged for this set of left-eye and right-eye pixels. This is the same as the case of the lenticular lens, but the fly-eye lens is also provided in the direction orthogonal to the left-right direction for every two pixels (two pixels for the right eye or two pixels for the left eye). Number of convex surfaces are arranged.

これにより、フライアイレンズの場合は、立体画像表示装置を立てて、これを観察しているときに、左右の眼に専用の画像を表示して立体視を可能とすることの他に、上下方向にも画像を振り分けて視野角を広げたり、観察者が画像の上下側面を観ることができるようにすることもできる。このように、レンズにフライアイレンズ10を使用した場合にも、上記実施形態と同様に、そのレンズの焦点距離fが反射板の表面とレンズの表面の凸部中心との間の距離Hと異なるようにすることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the case of a fly-eye lens, a three-dimensional image display device is set up, and when observing the image, a dedicated image is displayed on the left and right eyes to enable stereoscopic viewing. It is also possible to distribute the image also in the direction to widen the viewing angle, or to allow the observer to see the upper and lower sides of the image. As described above, even when the fly-eye lens 10 is used as the lens, the focal length f of the lens is equal to the distance H between the surface of the reflector and the center of the convex portion of the surface of the lens, as in the above embodiment. By making them different, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

また、上述の説明は、レンズの凸部が観察者側になるように配置された場合についてのものであるが、レンズの凸部が表示装置側になるように配置された場合でおいても、同様の効果を得ることができる。   Further, the above description is about the case where the convex portion of the lens is arranged so as to be on the viewer side. However, even when the convex portion of the lens is arranged so as to be on the display device side. The same effect can be obtained.

本実施形態に係る立体画像表示装置は、携帯電話等の携帯機器に好適に適用することができ、良好な立体画像を表示することができる。本実施形態に係る立体画像表示装置を携帯機器に適用すれば、大型の表示装置に適用する場合と異なり、観察者が自分の両眼と表示画面との位置関係を任意に調節できるため、最適な可視域を速やかに見出すことができる。   The three-dimensional image display device according to the present embodiment can be suitably applied to a mobile device such as a mobile phone, and can display a good three-dimensional image. If the stereoscopic image display device according to the present embodiment is applied to a portable device, unlike a case where the stereoscopic image display device is applied to a large-sized display device, the observer can arbitrarily adjust the positional relationship between his or her own eyes and the display screen. A quick visible range can be found quickly.

また、本実施形態に係る立体画像表示装置は携帯電話のみならず、携帯端末、PDA、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の携帯端末装置に適用することができる。   Further, the stereoscopic image display device according to the present embodiment can be applied not only to a mobile phone but also to a mobile terminal device such as a mobile terminal, a PDA, a game machine, a digital camera, and a digital video camera.

(第2の実施形態)
図8は本発明の第2の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図である。本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、レンズ面と画素間の距離HRが、前記数式10乃至12により算出される従来の光学モデルでのレンズ面と画素間距離HRよりも小さく設定されている点が異なる。この結果、レンズ面と画素間の距離HRは、レンチキュラレンズの焦点距離fより小さい。
(Second embodiment)
FIG. 8 is a sectional view of a stereoscopic image display device according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the distance HR between the lens surface and the pixel is calculated from the distance HR between the lens surface and the pixel in the conventional optical model calculated by the formulas 10 to 12. Is also set smaller. As a result, the distance HR between the lens surface and the pixel is smaller than the focal length f of the lenticular lens.

本実施形態におけるレンズ面と画素間の距離HRに関しては、図9に示すように、レンズにより集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射するのが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをVとすると、幾何学的関係より、レンズ面と画素間の距離HR、焦点距離f、レンズピッチLを用いて、下記数式26にて表される。これを変形すると下記数式27が得られる。   Regarding the distance HR between the lens surface and the pixel in the present embodiment, as shown in FIG. 9, it is particularly preferable that the light condensed by the lens irradiates a slope having a plurality of inclination angles. As a result, the angle distribution of the reflected light can be made wider and the ratio of reflection in the viewer direction can be increased. This condition is expressed by the following equation 26 using the distance HR between the lens surface and the pixel, the focal length f, and the lens pitch L from the geometrical relationship, where V is the pitch of the concavo-convex shape. By transforming this, the following equation 27 is obtained.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

即ち、数式27を満たすようにレンズ面と画素間の距離HRを設定することが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをVとすることで、本発明を適用することができる。   That is, it is preferable to set the distance HR between the lens surface and the pixel so as to satisfy Expression 27. In addition, when the positions of the uneven shapes are random, the present invention can be applied by setting the minimum pitch among the uneven shapes to V.

本発明によれば、本発明の第1の実施形態と比較して、レンズ面と画素間の距離を小さくすることができる。したがって、立体画像表示装置の総厚を小さくすることができるため、携帯電話等の携帯端末に好適に使用することができる。   According to the present invention, the distance between the lens surface and the pixel can be reduced as compared with the first embodiment of the present invention. Therefore, since the total thickness of the stereoscopic image display device can be reduced, it can be suitably used for a mobile terminal such as a mobile phone.

(第3の実施形態)
図10は本発明の第3の実施形態による立体画像表示装置の断面図である。本発明の第1の実施形態と比較して、本実施形態におけるレンチキュラレンズの焦点距離fRは、前記数式10乃至12及び16により算出される従来の光学モデルでの焦点距離fよりも小さく設定されており、レンズ面と画素間の距離Hは前記数式10乃至12により算出される値である。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a sectional view of a stereoscopic image display device according to the third embodiment of the present invention. Compared to the first embodiment of the present invention, the focal length fR of the lenticular lens in the present embodiment is set to be smaller than the focal length f in the conventional optical model calculated by Expressions 10 to 12 and 16. In this case, the distance H between the lens surface and the pixel is a value calculated by the above equations (10) to (12).

本発明における焦点距離fに関しては、図11に示すように、レンズにより集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射することが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをVとすると、幾何学的関係より、レンズ面と画素間の距離H、焦点距離fR、レンズピッチLを用いて、下記数式28のように表される。これを変形すると、下記数式29が得られる。   Regarding the focal length f in the present invention, as shown in FIG. 11, it is particularly preferable that the light condensed by the lens irradiates a slope having a plurality of inclination angles. As a result, the angle distribution of the reflected light can be made wider and the ratio of reflection in the viewer direction can be increased. This condition is represented by the following equation 28 using the distance H between the lens surface and the pixel, the focal length fR, and the lens pitch L from the geometrical relationship, where V is the pitch of the concavo-convex shape. By transforming this, the following equation 29 is obtained.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

即ち、数式29を満たすようにレンチキュラレンズの焦点距離fRを設定することが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをVとすることにより、本発明を適用することができる。   That is, it is preferable to set the focal length fR of the lenticular lens so as to satisfy Expression 29. In addition, when the positions of the uneven shapes are random, the present invention can be applied by setting the minimum pitch among the uneven shapes to V.

本実施形態においては、第1の実施形態と比較して、レンズ面と画素間の距離が固定である場合にも適用することができるという利点がある。即ち、第1の実施形態では、レンズ面と画素間の距離Hが数式1乃至9を満たす値から変更されているため、観察距離OD等の他のパラメータの再設計が必要になる。また、再設計しない場合には、立体画像表示装置が理想の設計状態ではなくなるため、表示画面の中央部と端部で立体可視域がずれる等、悪影響が生じる。本実施形態では、焦点距離fを変えるだけで良いので、このような問題は発生しない。   The present embodiment has an advantage that it can be applied to the case where the distance between the lens surface and the pixel is fixed as compared with the first embodiment. That is, in the first embodiment, since the distance H between the lens surface and the pixel is changed from a value satisfying Expressions 1 to 9, it is necessary to redesign other parameters such as the observation distance OD. If the redesign is not performed, the three-dimensional image display device will not be in the ideal design state, and adverse effects such as a shift in the three-dimensional visible region between the center and the end of the display screen will occur. In the present embodiment, such a problem does not occur because only the focal length f needs to be changed.

(第4の実施形態)
図12は本発明の第4の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図である。本実施形態が第3実施形態と異なる点は、レンチキュラレンズの焦点距離fRが、前記数式10乃至12及び16により算出される焦点距離fよりも大きく設定されており、レンズ面と画素間の距離Hは前記数式10乃至12により算出される従来の光学モデルでの算出値である点である。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a sectional view of a stereoscopic image display device according to the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the third embodiment in that the focal length fR of the lenticular lens is set to be larger than the focal length f calculated by the formulas (10) to (12) and (16). H is a point that is a calculated value in the conventional optical model calculated by Expressions 10 to 12.

焦点距離fに関しては、図13に示すように、レンズにより集光された光が、複数の傾斜角の斜面を照射することが特に好ましい。この結果、反射光の角度分布をより広範囲にでき、観察者方向に反射する割合を高めることができるからである。本条件は、凹凸形状のピッチをVとすると、幾何学的関係より、レンズ面と画素間の距離H、焦点距離fR、レンズピッチLを用いて、下記数式30にて表される。また、これを変形すると下記数式31が得られる。   Regarding the focal length f, as shown in FIG. 13, it is particularly preferable that the light condensed by the lens irradiates a slope having a plurality of inclination angles. As a result, the angle distribution of the reflected light can be made wider and the ratio of reflection in the viewer direction can be increased. This condition is expressed by the following equation 30 using the distance H between the lens surface and the pixel, the focal length fR, and the lens pitch L from the geometrical relationship, where V is the pitch of the uneven shape. When this is modified, the following Expression 31 is obtained.

Figure 2004280079
Figure 2004280079

Figure 2004280079
Figure 2004280079

即ち、数式31を満たすようにレンチキュラレンズの焦点距離fRを設定することが好ましい。また、凹凸形状の位置がランダムである場合には、凹凸形状のピッチのうち最小のものをVとすることで、本発明を適用することができる。   That is, it is preferable to set the focal length fR of the lenticular lens so as to satisfy Expression 31. In addition, when the positions of the uneven shapes are random, the present invention can be applied by setting the minimum pitch among the uneven shapes to V.

本実施形態によれば、本発明の第3の実施形態と比較して、焦点距離fRを大きく設定することができるという利点がある。この結果、レンズの凹凸高さを小さくすることができるため、レンズの模様が目立ちにくくなり、立体画像の表示品質が向上する。   According to the present embodiment, there is an advantage that the focal length fR can be set larger than in the third embodiment of the present invention. As a result, the height of the unevenness of the lens can be reduced, so that the lens pattern becomes less noticeable, and the display quality of the stereoscopic image is improved.

(第5の実施形態)
図14は本発明の第5の実施形態に係る立体画像表示装置の断面図である。本実施形態が、第1乃至第4の実施形態と異なる点は、焦点距離f及びレンズ面と画素間の距離Hは、前記数式10乃至12及び16により算出される値を使用し、凹凸形状の傾斜角度θを50°以上とする点である。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 is a sectional view of a stereoscopic image display device according to a fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first to fourth embodiments in that the focal length f and the distance H between the lens surface and the pixel use the values calculated by the above equations 10 to 12 and 16, and the concavo-convex shape Is set to 50 ° or more.

本実施形態について詳細に検討するために、凹凸形状の傾斜角度θを25°から75°の間で変化させ計算機シミュレーションを行った。図15にシミュレーション結果を示す。図15(a)はθ=75°、図15(b)はθ=65°、図15(c)はθ=60°、図15(d)はθ=50°、図15(e)はθ=35°、図15(f)はθ=25°の場合の結果である。傾斜角度θが50°より小さい場合には−30mm付近で輝度低下が発生しているが、50°以上では大幅に緩和されていることがわかる。即ち、−30mm付近で観察しても表示が暗くなることはない。   In order to study this embodiment in detail, computer simulation was performed while changing the inclination angle θ of the uneven shape between 25 ° and 75 °. FIG. 15 shows a simulation result. 15A is θ = 75 °, FIG. 15B is θ = 65 °, FIG. 15C is θ = 60 °, FIG. 15D is θ = 50 °, and FIG. FIG. 15F shows the result when θ = 35 °, and FIG. 15F shows the result when θ = 25 °. When the inclination angle θ is smaller than 50 °, the luminance is reduced around −30 mm, but is significantly reduced when the inclination angle θ is 50 ° or more. That is, the display does not become dark even when observed near -30 mm.

図16は、本発明の実施形態の原理について、定性的に説明するための概念図である。このうち図16(a)は、図31に示す従来の光学モデルにおいて、入射光のうちある平行光成分の光線の軌跡を示した概念図である。レンズ面と画素間の距離Hが焦点距離fと等しく配置されており、凹凸形状の傾斜角度は50°より小さい値、例えば30°となっている。この場合、レンズにより集光された光は、凹凸形状の斜面で反射されると、観察者の方向とは異なる方向に進行する。このため、実質的に表示には寄与しない。これに対して、図15(b)に示す本実施形態の光学モデルでは、凹凸形状の傾斜角度は50°以上の値、例えば60°に設定されている。この結果、凹凸形状のひとつの斜面で反射した光の一部分は、別の斜面で再反射した後に、観察者の方向に進行する。従って、凹凸形状に起因する輝度低下を防止することができる。   FIG. 16 is a conceptual diagram for qualitatively explaining the principle of the embodiment of the present invention. Among them, FIG. 16A is a conceptual diagram showing a trajectory of a ray of a parallel light component of incident light in the conventional optical model shown in FIG. The distance H between the lens surface and the pixel is arranged to be equal to the focal length f, and the inclination angle of the uneven shape is a value smaller than 50 °, for example, 30 °. In this case, the light condensed by the lens travels in a direction different from the direction of the observer when reflected by the uneven slope. Therefore, it does not substantially contribute to display. On the other hand, in the optical model of the present embodiment shown in FIG. 15B, the inclination angle of the uneven shape is set to a value of 50 ° or more, for example, 60 °. As a result, a part of the light reflected on one slope of the concavo-convex shape travels toward the observer after being reflected again on another slope. Therefore, it is possible to prevent a decrease in luminance due to the uneven shape.

(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図17は本発明の第6の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図であり、図18(a)及び(b)は、本実施形態の原理を定性的に説明するための断面図であり、(a)は、図17に示すA−A線による断面図であり、(b)は、図17に示すB−B線による断面図である。本実施形態に係る立体画像表示装置は、前述の第1乃至第5の実施形態と比較して、レンチキュラレンズ3を構成するシリンドリカルレンズ3aの配列方向において、凹凸形状41のある傾斜角を持つ斜面の存在確率が一画素中で略均一となっている点が異なっている。また、レンチキュラレンズ3の焦点距離fは、レンチキュラレンズ3のレンズ面と画素との間の距離Hと等しく、凹凸形状41の傾斜角は、例えば30°である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 is a perspective view showing a stereoscopic image display device according to a sixth embodiment of the present invention, and FIGS. 18A and 18B are cross-sectional views for qualitatively explaining the principle of the present embodiment. 17A is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 17, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. The stereoscopic image display device according to the present embodiment is different from the above-described first to fifth embodiments in that an inclined surface having a concave / convex shape 41 with a certain inclination angle in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3 a constituting the lenticular lens 3. Is that the existence probabilities of are substantially uniform in one pixel. The focal length f of the lenticular lens 3 is equal to the distance H between the lens surface of the lenticular lens 3 and the pixel, and the inclination angle of the uneven shape 41 is, for example, 30 °.

図18(a)及び(b)に示す断面位置において、凹凸形状41の傾斜角の絶対値が相互に等しい正負の2種類の傾斜角が存在する。そして、シリンドリカルレンズ3aの配列方向における凹凸の位置が、凹凸形状41のピッチの半分、即ち、半周期分相互にずれている。即ち、シリンドリカルレンズ3aの配列方向において、図18(a)に示す領域における凹凸形状41の位相と、図18(b)に示す領域における凹凸形状41の位相とは、相互に半周期分ずれている。   At the cross-sectional positions shown in FIGS. 18A and 18B, there are two types of positive and negative tilt angles in which the absolute values of the tilt angles of the uneven shape 41 are equal to each other. The positions of the concavities and convexities in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a are shifted from each other by half a pitch of the concavo-convex shape 41, that is, a half cycle. That is, in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a, the phase of the uneven shape 41 in the region shown in FIG. 18A and the phase of the uneven shape 41 in the region shown in FIG. I have.

シリンドリカルレンズ3aは、その長手方向においてはレンズ機能を持たないため、凹凸形状41の光学的な効果は、シリンドリカルレンズ3aの長手方向における効果を積分したものになる。従って、図17並びに図18(a)及び(b)に示す立体画像表示装置においては、凹凸形状41の光学的な効果は、図18(a)に示す凹凸形状41による効果と、図18(b)に示す凹凸形状41による効果とを重畳したものとなる。この結果、一画素中において、シリンドリカルレンズ3aの配列方向におけるどの位置でも、シリンドリカルレンズ3aの長手方向のいずれかの位置において、正及び負の傾斜角が必ず存在することになる。従って、本実施形態に係る立体画像表示装置の光学的特性は、シリンドリカルレンズ3aの配列方向における全ての位置において、同じ傾斜角が連続的に配置された場合と等価になる。   Since the cylindrical lens 3a does not have a lens function in the longitudinal direction, the optical effect of the uneven shape 41 is obtained by integrating the effect in the longitudinal direction of the cylindrical lens 3a. Therefore, in the three-dimensional image display device shown in FIG. 17 and FIGS. 18A and 18B, the optical effect of the uneven shape 41 is the same as the effect of the uneven shape 41 shown in FIG. The effect of the uneven shape 41 shown in b) is superimposed. As a result, in one pixel, at any position in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a, positive and negative inclination angles always exist at any positions in the longitudinal direction of the cylindrical lens 3a. Therefore, the optical characteristics of the stereoscopic image display device according to the present embodiment are equivalent to the case where the same inclination angle is continuously arranged at all positions in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a.

また、図17では凹凸の数が4個であり、その2個ずつが組となり半周期ずれて配置されているため、シリンドリカルレンズ3aの配列方向における任意位置において、上記傾斜角の斜面が存在する確率は一定値に保たれる。これにより、凹凸形状に起因する輝度低下をより確実に防止することができる。   Further, in FIG. 17, the number of irregularities is four, and each of the two irregularities is arranged as a set and shifted by a half cycle, so that the inclined surface having the above-mentioned inclination angle exists at an arbitrary position in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a. The probabilities are kept constant. As a result, it is possible to more reliably prevent the brightness from being reduced due to the uneven shape.

更に、凹凸形状41は、シリンドリカルレンズ3aの長手方向に密になるように、シリンドリカルレンズ3aの配列方向にずれて配置されていることが好ましい。例えば、凹凸形状41が円錐形状である場合、複数の円錐がシリンドリカルレンズ3aの配列方向に1列に配列され、この配列方向に相互に隣接した円錐間に、隣の列の円錐が入り込むように配置されていてもよい。このようにすれば、シリンドリカルレンズ3aの長手方向における凹凸形状41のピッチを、シリンドリカルレンズ3aの配列方向における凹凸形状41のピッチよりも小さくすることができる。この結果、シリンドリカルレンズ3aの長手方向において、一画素中により配置される凹凸形状41の数が増え、上述の積分効果により、反射光をより均一化することができる。このため、本実施形態に係る立体画像表示装置を、画素ピッチが小さな高精細パネルに適用することがより一層容易になる。   Further, it is preferable that the concave and convex shapes 41 are arranged so as to be shifted in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a so as to be dense in the longitudinal direction of the cylindrical lenses 3a. For example, when the concavo-convex shape 41 is a conical shape, a plurality of cones are arranged in one row in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a, and between adjacent cones in this arrangement direction, the cones of the adjacent row enter. It may be arranged. By doing so, the pitch of the irregularities 41 in the longitudinal direction of the cylindrical lens 3a can be made smaller than the pitch of the irregularities 41 in the arrangement direction of the cylindrical lenses 3a. As a result, in the longitudinal direction of the cylindrical lens 3a, the number of irregularities 41 arranged in one pixel increases, and the reflected light can be made more uniform by the above-described integration effect. For this reason, it becomes much easier to apply the stereoscopic image display device according to the present embodiment to a high definition panel having a small pixel pitch.

なお、レンチキュラレンズ3の焦点距離fは、レンチキュラレンズ3のレンズ面と画素との間の距離Hと異なっていてもよく、凹凸形状41の傾斜角は、例えば50°以上であってもよい。また、本実施形態に係る立体画像表示装置は、各画素において反射領域及び透過領域が設けられた半透過型の装置であってもよい。   The focal length f of the lenticular lens 3 may be different from the distance H between the lens surface of the lenticular lens 3 and the pixel, and the inclination angle of the uneven shape 41 may be, for example, 50 ° or more. Further, the stereoscopic image display device according to the present embodiment may be a transflective device in which a reflection area and a transmission area are provided in each pixel.

(第7の実施形態)
図19は本発明の第7の実施形態に係る立体画像表示装置の斜視図である。本実施形態における立体画像表示装置1の表示パネル200は、画素電極が透過領域と反射領域とを有する半透過型の表示素子である。具体的には、左眼用画素は、左眼用画素(透過領域)511と左眼用画素(反射領域)512とにより構成され、同様に、右眼用画素は、右眼用画素(透過領域)521と、右眼用画素(反射領域)522とにより構成されている。また、左眼用画素(反射領域)512及び右眼用画素(反射領域)522の画素電極は、金属電極等の非透明な層により形成された反射板であり、この反射板の表面には前述の如く凹凸形状が設けられている。この反射板の凹凸形状とレンチキュラレンズ3との関係は、前述の本発明の第1乃至第5の実施形態と同様である。また、左眼用画素(透過領域)511と右眼用画素(透過領域)521の画素電極は、ITO(インジウム−スズ−酸化物)等の透明電極で構成されている。また、これらの表示パネルの下方には、透過領域用のバックライト光源(図示せず)が設けられている。
(Seventh embodiment)
FIG. 19 is a perspective view of a stereoscopic image display device according to the seventh embodiment of the present invention. The display panel 200 of the stereoscopic image display device 1 according to the present embodiment is a transflective display element in which pixel electrodes have a transmissive region and a reflective region. Specifically, the left-eye pixel is composed of a left-eye pixel (transmission region) 511 and a left-eye pixel (reflection region) 512, and similarly, the right-eye pixel is a right-eye pixel (transmission region). 521) and a right-eye pixel (reflection region) 522. The pixel electrodes of the left-eye pixel (reflection region) 512 and the right-eye pixel (reflection region) 522 are reflection plates formed of a non-transparent layer such as a metal electrode. The uneven shape is provided as described above. The relationship between the concave and convex shape of the reflector and the lenticular lens 3 is the same as in the above-described first to fifth embodiments of the present invention. The pixel electrodes of the left-eye pixel (transmission region) 511 and the right-eye pixel (transmission region) 521 are formed of a transparent electrode such as ITO (indium-tin-oxide). A backlight light source (not shown) for a transmission area is provided below these display panels.

このように構成された本実施形態の立体画像表示装置においては、透過領域がバックライト光源からの光を透過し、反射領域が自然光及び室内照明光等の外光を反射させることができるため、透過表示と反射表示とを実現することができる。この結果、周囲の明るさの程度に拘わらず、鮮明な表示を行うことができる。   In the three-dimensional image display device of the present embodiment configured as described above, the transmission region transmits light from the backlight light source, and the reflection region can reflect external light such as natural light and indoor illumination light. Transmissive display and reflective display can be realized. As a result, a clear display can be performed regardless of the degree of surrounding brightness.

なお、本実施形態においては、半透過型の表示素子について説明したが、本発明は、同様に微透過型表示素子及び微反射型表示素子等にも適用可能である。   In the present embodiment, a transflective display element has been described, but the present invention is similarly applicable to a slightly transmissive display element, a slightly reflective display element, and the like.

(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。図20は本実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図であり、図21は、本実施形態に係る画像表示装置の動作を示す光学モデル図である。図20に示すように、本実施形態においては、携帯端末装置としての携帯電話9に、画像表示装置が組み込まれている。そして、本実施形態は、前述の第1の実施形態と比較して、レンチキュラレンズ3を構成するシリンドリカルレンズ3aの長手方向11が画像表示装置の横方向、即ち、画像の水平方向であり、シリンドリカルレンズ3aの配列方向12が縦方向、即ち、画像の垂直方向である点が異なっている。なお、図20においては、図示を簡略化するために、シリンドリカルレンズ3aは4本しか図示されていないが、実際には長手方向11における画素の配列数だけシリンドリカルレンズ3aが形成されている。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 is a perspective view illustrating the portable terminal device according to the present embodiment, and FIG. 21 is an optical model diagram illustrating an operation of the image display device according to the present embodiment. As shown in FIG. 20, in the present embodiment, an image display device is incorporated in a mobile phone 9 as a mobile terminal device. In the present embodiment, the longitudinal direction 11 of the cylindrical lens 3a constituting the lenticular lens 3 is the horizontal direction of the image display device, ie, the horizontal direction of the image, as compared with the first embodiment. The difference is that the arrangement direction 12 of the lenses 3a is the vertical direction, that is, the vertical direction of the image. Although only four cylindrical lenses 3a are shown in FIG. 20 for simplicity of illustration, actually, the number of cylindrical lenses 3a is equal to the number of pixels arranged in the longitudinal direction 11.

また、図21に示すように、表示パネル2には、各1つの第1視点用画素53及び第2視点用画素54からなる画素対が複数個、マトリクス状に配列されている。そして、1つの画素対における第1視点用画素53及び第2視点用画素54の配列方向は、シリンドリカルレンズ3aの配列方向12、即ち画面の縦方向(垂直方向)である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   As shown in FIG. 21, the display panel 2 includes a plurality of pixel pairs each including a first viewpoint pixel 53 and a second viewpoint pixel 54 arranged in a matrix. The arrangement direction of the first viewpoint pixel 53 and the second viewpoint pixel 54 in one pixel pair is the arrangement direction 12 of the cylindrical lens 3a, that is, the vertical direction (vertical direction) of the screen. The configuration of the present embodiment other than the above is the same as that of the above-described first embodiment.

次に、本実施形態に係る画像表示装置の動作について説明する。図21に示すように、反射型表示パネル2の第1視点用画素53が第1視点用の画像を表示し、第2視点用画素54が第2視点用の画像を表示する。第1視点用の画像及び第2視点用の画像は、相互に視差がある立体画像ではなく、平面画像である。また、両画像は相互に独立した画像であってもよいが、相互に関連する情報を示す画像であってもよい。   Next, the operation of the image display device according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 21, the first viewpoint pixel 53 of the reflective display panel 2 displays an image for the first viewpoint, and the second viewpoint pixel 54 displays an image for the second viewpoint. The image for the first viewpoint and the image for the second viewpoint are not stereoscopic images having parallax but are plane images. Further, the two images may be mutually independent images, or may be images showing mutually related information.

そして、自然光及び照明光等の外光が、前方からレンチキュラレンズ3を透過して液晶表示パネル2に入射し、画素53及び54により反射され、レンチキュラレンズ3に向かう。そして、これらの第1視点用画素53及び第2視点用画素54により反射された光は、シリンドリカルレンズ3aにより屈折され、夫々領域E1及びE2に向けて出射する。このとき、観察者が両眼を領域E1に位置させた場合には、第1視点用の画像を観察することができ、両眼を領域E2に位置させた場合には、第2視点用の画像を観察することができる。   Then, external light such as natural light and illumination light passes through the lenticular lens 3 from the front and enters the liquid crystal display panel 2, is reflected by the pixels 53 and 54, and travels toward the lenticular lens 3. The light reflected by the first viewpoint pixel 53 and the second viewpoint pixel 54 is refracted by the cylindrical lens 3a, and is emitted toward the regions E1 and E2, respectively. At this time, when the observer positions both eyes in the region E1, the image for the first viewpoint can be observed. When the observer positions both eyes in the region E2, the image for the second viewpoint can be observed. Images can be observed.

本実施形態においては、観察者が携帯電話9の角度を変えるだけで、自分の両眼を領域E1又は領域E2に位置させ、第1視点用の画像又は第2視点用の画像を選択して観察できるという利点がある。特に、第1視点用の画像と第2視点用の画像との間に関連性がある場合には、観察角度を変えるという簡単な手法で夫々の画像を切り換えて交互に観察できるため、利便性が大幅に向上する。なお、第1視点用の画像と第2視点用の画像とを横方向に配列した場合には、観察位置によっては、右眼と左眼とで異なる画像を観察する場合がある。この場合、観察者は混乱し、各視点の画像を認識できなくなる。これに対して、本実施形態に示すように、複数視点用の画像を縦方向に配列した場合には、観察者は各視点用の画像を必ず両眼で観察できるため、これらの画像を容易に認識できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態は、前述の第2乃至第6の実施形態のいずれかの実施形態と組み合わせることもできる。   In the present embodiment, the observer simply changes the angle of the mobile phone 9 to position his or her own eyes in the region E1 or the region E2, and selects an image for the first viewpoint or an image for the second viewpoint. It has the advantage of being observable. In particular, when there is a relationship between the image for the first viewpoint and the image for the second viewpoint, the respective images can be switched and observed alternately by a simple method of changing the observation angle. Is greatly improved. In addition, when the image for the first viewpoint and the image for the second viewpoint are arranged in the horizontal direction, different images may be observed by the right eye and the left eye depending on the observation position. In this case, the observer is confused and cannot recognize the image of each viewpoint. On the other hand, as shown in the present embodiment, when the images for multiple viewpoints are arranged in the vertical direction, the observer can always observe the images for each viewpoint with both eyes. Can be recognized. The other effects of the present embodiment are the same as those of the above-described first embodiment. This embodiment can be combined with any one of the above-described second to sixth embodiments.

なお、前述の第1乃至第8の実施形態においては、携帯電話等に搭載され、1人の観察者の左右の眼に相互に視差がある画像を供給して立体画像を表示するか、1人の観察者に複数種類の画像を同時に供給する画像表示装置の例を示したが、本発明に係る画像表示装置はこれに限定されず、大型の表示パネルを備え、複数の観察者に相互に異なる複数の画像を供給するものであってもよい。   In the above-described first to eighth embodiments, a stereoscopic image is displayed by supplying an image having a parallax to the left and right eyes of one observer and being mounted on a mobile phone or the like. Although an example of an image display device that simultaneously supplies a plurality of types of images to a human observer has been described, the image display device according to the present invention is not limited to this, and includes a large display panel, and is provided to a plurality of observers. May be supplied with a plurality of different images.

本発明の第1の実施形態に係る立体画像表示装置を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a stereoscopic image display device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a portable terminal device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態において、計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。FIG. 3 is an optical model diagram for performing computer simulation in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態において、計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。FIG. 4 is a graph showing a result of a computer simulation in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の原理を示すための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the principle of the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state where light condensed by a lens irradiates a plurality of slopes in the first embodiment of the present invention. レンチキュラレンズの代わりに使用されるフライアイレンズを示す斜視図である。It is a perspective view showing a fly-eye lens used instead of a lenticular lens. 本発明の第2の実施形態を示す断面図である。It is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a state where light condensed by a lens irradiates a plurality of slopes in a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態を示す断面図である。It is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state in which light condensed by a lens irradiates a plurality of slopes in a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態を示す断面図である。It is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態において、レンズにより集光された光が複数の斜面を照射する状態を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a state in which light condensed by a lens irradiates a plurality of slopes in a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態を示す断面図である。It is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態において、計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。FIG. 16 is a graph showing the results of computer simulation in the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態の原理を示すための概念図である。It is a conceptual diagram for showing the principle of a 5th embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図である。FIG. 15 is a perspective view illustrating a stereoscopic image display device according to a sixth embodiment of the present invention. (a)及び(b)は、本実施形態の原理を定性的に説明するための断面図であり、(a)は、図17に示すA−A線による断面図であり、(b)は、図17に示すB−B線による断面図である。(A) and (b) are sectional views for qualitatively explaining the principle of the present embodiment, (a) is a sectional view taken along line AA shown in FIG. 17, and (b) is a sectional view. FIG. 18 is a sectional view taken along line BB shown in FIG. 本発明の第7の実施形態を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view showing a 7th embodiment of the present invention. 本発明の第8の実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。It is a perspective view showing the personal digital assistant concerning an 8th embodiment of the present invention. 本実施形態に係る画像表示装置の動作を示す光学モデル図である。FIG. 4 is an optical model diagram illustrating an operation of the image display device according to the embodiment. レンチキュラレンズ3の形状を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a shape of a lenticular lens 3. 従来のレンチキュラレンズを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。FIG. 4 is an optical model diagram showing a stereoscopic image display method using a conventional lenticular lens. 従来のパララックスバリアを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。FIG. 4 is an optical model diagram showing a stereoscopic image display method using a conventional parallax barrier. 従来の凹凸形状を有する反射板を示すための概念図である。It is a conceptual diagram for showing the conventional reflecting plate which has a concavo-convex shape. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a conventional stereoscopic image display device using a lenticular lens and a display element. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置における断面図である。It is sectional drawing in the stereoscopic image display apparatus using the conventional lenticular lens and the display element. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、各部のサイズを示すモデル図である。FIG. 9 is a model diagram showing the size of each part in a conventional stereoscopic image display device using a lenticular lens and a display element. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。FIG. 4 is an optical model diagram for performing computer simulation in a conventional stereoscopic image display device using a lenticular lens and a display element. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。FIG. 9 is a graph showing a result of computer simulation in a stereoscopic image display device using a conventional lenticular lens and a display element. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、凹凸形状を有する反射板を適用した場合の計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。FIG. 9 is an optical model diagram for performing computer simulation when a reflector having a concave-convex shape is applied to a stereoscopic image display device using a conventional lenticular lens and a display element. 従来のレンチキュラレンズと表示素子を用いた立体画像表示装置において、凹凸形状を有する反射板を適用した場合の計算機シミュレーションの結果を示したグラフ図である。FIG. 9 is a graph showing a result of a computer simulation when a reflector having an uneven shape is applied to a stereoscopic image display device using a conventional lenticular lens and a display element.

符号の説明Explanation of reference numerals

1;立体画像表示装置
2;反射型液晶表示パネル
200:半透過型液晶表示パネル
3、121;レンチキュラレンズ
3a;シリンドリカルレンズ
31、122:凸部
4;反射板
41:凹凸形状
4a:左眼用画素
4b:右眼用画素
5:液晶層
6:基板
7:透明基板
8:観察位置
9;携帯電話
91:光線
10:フライアイレンズ
11;シリンドリカルレンズの長手方向
12;シリンドリカルレンズの配列方向
17;発光領域
18;受光面
19;光源
31;凸部
41;凹凸形状
42;遮光部
51;左眼用画素
52;右眼用画素
53;第1視点用画素
54;第2視点用画素
61,142;左眼
62、141;右眼
105;パララックスバリア
105a;スリット
106:表示パネル
107;立体可視域
107a;対角線の交点
107b;最適観察面
108:光源
123,124:画素
143;右眼141と左眼142との中点
181、182;光束
511:左眼用画素(透過領域)
512:左眼用画素(反射領域)
521:右眼用画素(透過領域)
522:右眼用画素(反射領域)
Reference Signs List 1: 1-dimensional image display device 2: reflective liquid crystal display panel 200: semi-transmissive liquid crystal display panel 3, 121; lenticular lens 3a; cylindrical lens 31, 122: convex portion 4: reflective plate 41: concave and convex shape 4a: left eye Pixel 4b: Right-eye pixel 5: Liquid crystal layer 6: Substrate 7: Transparent substrate 8: Observation position 9; Mobile phone 91: Light ray 10: Fly-eye lens 11; Longitudinal direction of cylindrical lens 12; Arrangement direction of cylindrical lens 17; Light-emitting area 18; Light-receiving surface 19; Light source 31; Convex part 41; Concavo-convex shape 42; Light-shielding part 51; Left-eye pixel 52; Right-eye pixel 53; First viewpoint pixel 54; Second viewpoint pixel 61, 142 Left eye 62, 141; right eye 105; parallax barrier 105a; slit 106: display panel 107; three-dimensional visible range 107a; 107 b; optimum viewing plane 108: light source 123: pixel 143; right eye 141 and left eye 142 and the midpoint 181 and 182; the light beam 511: left-eye pixel (transmission region)
512: Left eye pixel (reflection area)
521: Right eye pixel (transmission area)
522: Right eye pixel (reflection area)

Claims (23)

1表示単位に第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離fが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Hと異なることを特徴とする画像表示装置。 A display panel in which a plurality of display units each including at least a pixel for displaying an image for a first viewpoint and a pixel for displaying an image for a second viewpoint in one display unit are arranged in a matrix; A lens provided with a plurality of lens elements arranged to refract light emitted from each of the pixels and emit light in different directions; and a lens disposed in the display panel or behind the display panel to emit external light. And a reflector having an uneven shape on the surface, wherein the focal length f of the lens is different from the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens. Image display device. 1表示単位に透過領域及び反射領域を備え第1視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記レンズの焦点距離fが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Hと異なることを特徴とする画像表示装置。 A plurality of display units each including at least a pixel having a transmissive region and a reflective region in one display unit and displaying an image for a first viewpoint and a pixel having a transmissive region and a reflective region and displaying an image for a second viewpoint are formed in a matrix. A lens provided with a plurality of lens elements disposed in front of the display panel and refracting light emitted from the pixels and emitting light in different directions from each other; and A light source that irradiates the transmission area with light, and a reflection plate that is disposed behind the reflection area in the display panel or the reflection area of the display panel, reflects external light toward the lens, and has an uneven shape on the surface. Wherein the focal length f of the lens is different from the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens. 前記レンズの焦点距離fが前記反射板の表面と前記レンズの頂点との間の距離Hより小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 1, wherein a focal length f of the lens is smaller than a distance H between a surface of the reflector and a vertex of the lens. 前記第1視点用の画像を表示する画素から前記第2視点用の画像を表示する画素へ向かう第1の方向における前記レンズの表面の凸部のピッチをLとし、前記第1の方向における前記反射板の凹凸形状の最小ピッチをVとするとき、前記レンズの焦点距離f及び前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Hが下記数式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。
Figure 2004280079
The pitch of the convex portions on the surface of the lens in a first direction from the pixel displaying the image for the first viewpoint to the pixel displaying the image for the second viewpoint is L, and the pitch in the first direction is When the minimum pitch of the concave and convex shape of the reflector is V, the focal length f of the lens and the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens satisfy the following expression. The image display device as described in the above.
Figure 2004280079
最適観察距離をODとし、前記距離ODにおける画素拡大投影幅をeとし、前記レンズの屈折率をnとし、表示素子の画素ピッチをPとするとき、前記レンズの焦点距離fが下記数式を満たすことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
Figure 2004280079
When the optimal observation distance is OD, the pixel expansion projection width at the distance OD is e, the refractive index of the lens is n, and the pixel pitch of the display element is P, the focal length f of the lens satisfies the following equation. The image display device according to claim 4, wherein:
Figure 2004280079
前記最適観察距離OD、前記画素拡大投影幅e、前記レンズの屈折率n、前記反射板の表面とレンズの表面の凸部中心との間の距離H、及び表示素子の画素ピッチPが下記数式を満たすことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
Figure 2004280079
The optimum viewing distance OD, the pixel expansion projection width e, the refractive index n of the lens, the distance H between the surface of the reflector and the center of the convex portion of the lens surface, and the pixel pitch P of the display element are represented by the following equations. The image display device according to claim 4, wherein the following condition is satisfied.
Figure 2004280079
前記レンズの焦点距離fが前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Hより大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。 3. The image display device according to claim 1, wherein a focal length f of the lens is larger than a distance H between a surface of the reflection plate and a vertex of the lens. 4. 前記第1視点用の画像を表示する画素から前記第2視点用の画像を表示する画素へ向かう第1の方向における前記レンズの表面の凸部のピッチをLとし、前記第1の方向における前記反射板の凹凸形状の最小ピッチをVとするとき、前記レンズの焦点距離f及び前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離Hが下記数式を満たすことを特徴とする請求項7に記載の画像表示装置。
Figure 2004280079
The pitch of the convex portions on the surface of the lens in a first direction from the pixel displaying the image for the first viewpoint to the pixel displaying the image for the second viewpoint is L, and the pitch in the first direction is When the minimum pitch of the concave and convex shape of the reflector is V, the focal length f of the lens and the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens satisfy the following formula. The image display device as described in the above.
Figure 2004280079
前記最適観察距離OD、前記画素拡大投影幅e、前記レンズの屈折率n、前記レンズの焦点距離f、及び表示素子の画素ピッチPが下記数式を満たすことを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
Figure 2004280079
The said optimal observation distance OD, the said pixel expansion projection width e, the refractive index n of the said lens, the focal length f of the said lens, and the pixel pitch P of a display element satisfy | fill the following numerical formula. Image display device.
Figure 2004280079
前記最適観察距離OD、前記画素拡大投影幅e、前記レンズの屈折率n、前記反射板の表面とレンズの頂点との間の距離H、及び表示素子の画素ピッチPが下記数式を満たすことを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
Figure 2004280079
The optimal observation distance OD, the pixel expansion projection width e, the refractive index n of the lens, the distance H between the surface of the reflector and the vertex of the lens, and the pixel pitch P of the display element satisfy the following formula. The image display device according to claim 8, wherein:
Figure 2004280079
1表示単位に第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする画像表示装置。 A display panel in which a plurality of display units each including at least a pixel for displaying an image for a first viewpoint and a pixel for displaying an image for a second viewpoint in one display unit are arranged in a matrix; A lens provided with a plurality of lens elements arranged to refract light emitted from each of the pixels and emit light in different directions; and a lens disposed in the display panel or behind the display panel to emit external light. An image display device, comprising: a reflecting plate that reflects light toward the surface and has an uneven shape on the surface; and the uneven shape on the surface of the reflecting plate has a shape that reflects incident light a plurality of times. . 1表示単位に透過領域及び反射領域を備え第1視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第2視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のレンズ素子が形成されたレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記反射板の表面の凹凸形状が入射する光を複数回反射するような形状を有することを特徴とする画像表示装置。 A plurality of display units including a pixel having a transmission area and a reflection area in one display unit and displaying an image for a first viewpoint and a pixel having a transmission area and a reflection area and displaying an image for a second viewpoint are arranged in a matrix. A display panel disposed, a lens in which a plurality of lens elements disposed in front of the display panel and refracting light emitted from the pixels and emitting light in different directions from each other are formed; and A light source that irradiates light to a transmission region, a reflection plate that is disposed behind the reflection region in the display panel or the reflection region of the display panel, reflects external light toward the lens, and has an uneven shape on the surface, An image display device, comprising: a concave and convex shape on the surface of the reflection plate having a shape that reflects incident light a plurality of times. 前記凹凸形状の傾斜角が50°以上であることを特徴とする請求項11又は12に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 11, wherein an inclination angle of the concave-convex shape is 50 ° or more. 前記レンズがレンチキュラレンズ又はフライアイレンズであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像表示装置。 14. The image display device according to claim 1, wherein the lens is a lenticular lens or a fly-eye lens. 1表示単位に第1視点用の画像を表示する画素及び第2視点用の画像を表示する画素を少なくとも含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネル内又は前記表示パネルの後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする画像表示装置。 A display panel in which a plurality of display units each including at least a pixel for displaying an image for a first viewpoint and a pixel for displaying an image for a second viewpoint in one display unit are arranged in a matrix; A lenticular lens in which a plurality of cylindrical lenses that are arranged to refract light emitted from each of the pixels and emit light in mutually different directions is formed, and that external light is arranged in the display panel or behind the display panel. A reflecting plate that reflects toward the lens and has an uneven shape on the surface, and in the arrangement direction of the cylindrical lenses, the existence probability of a slope having a certain inclination angle in the uneven shape is uniform in the pixel. An image display device comprising: 1表示単位に透過領域及び反射領域を備え第一視点用の画像を表示する画素並びに透過領域及び反射領域を備え第二視点用の画像を表示する画素を含む複数個の表示単位がマトリクス状に配置された表示パネルと、この表示パネルの前方に配置され前記各画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射する複数個のシリンドリカルレンズが形成されたレンチキュラレンズと、前記表示パネルの前記透過領域に光を照射する光源と、前記表示パネル内の反射領域又は前記表示パネルの反射領域の後方に配置され外光を前記レンズに向けて反射すると共に表面に凹凸形状を有する反射板と、を有し、前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記凹凸形状におけるある傾斜角を持つ斜面の存在確率が前記画素中で均一となっていることを特徴とする画像表示装置。 A plurality of display units including a pixel having a transmission area and a reflection area in one display unit and displaying an image for a first viewpoint and a pixel having a transmission area and a reflection area and displaying an image for a second viewpoint are arranged in a matrix. A lenticular lens in which a plurality of cylindrical lenses that are disposed in front of the display panel, are disposed in front of the display panel, and refract light emitted from the pixels and emit light in different directions from each other; A light source that irradiates the transmission area with light, and a reflection plate that is disposed behind the reflection area in the display panel or the reflection area of the display panel, reflects external light toward the lens, and has an uneven shape on the surface. In the arrangement direction of the cylindrical lenses, the existence probability of a slope having a certain inclination angle in the uneven shape is uniform in the pixel. An image display device, characterized in that. 前記シリンドリカルレンズの配列方向において、前記各画素の一の領域に形成された前記凹凸形状の位相と、この画素の他の領域に形成された前記凹凸形状の位相とが、相互にずれていることを特徴とする請求項15又は16に記載の画像表示装置。 In the arrangement direction of the cylindrical lenses, the phase of the uneven shape formed in one region of each pixel and the phase of the uneven shape formed in another region of the pixel are mutually shifted. 17. The image display device according to claim 15, wherein: 前記位相のずれが前記凹凸形状のピッチの半分であることを特徴とする請求項17に記載の画像表示装置。 18. The image display device according to claim 17, wherein the phase shift is half the pitch of the uneven shape. 前記シリンドリカルレンズの長手方向における前記凹凸形状のピッチが、前記シリンドリカルレンズの配列方向における前記凹凸形状のピッチより小さいことを特徴とする請求項15乃至18のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 15 to 18, wherein a pitch of the concave-convex shape in a longitudinal direction of the cylindrical lens is smaller than a pitch of the concave-convex shape in an arrangement direction of the cylindrical lens. 前記第1視点用の画像が左眼用画像であり、前記第2視点用の画像が前記左眼用画像に対して視差をもつ右眼用画像であり、立体画像を表示するものであることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The image for the first viewpoint is a left-eye image, the image for the second viewpoint is a right-eye image having parallax with respect to the left-eye image, and displays a stereoscopic image. The image display device according to claim 1, wherein: 前記表示装置が液晶表示装置であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 20, wherein the display device is a liquid crystal display device. 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の画像表示装置を有することを特徴とする携帯端末装置。 A mobile terminal device comprising the image display device according to claim 1. 携帯電話、携帯端末、PDA、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであることを特徴とする請求項22に記載の携帯端末装置。 The mobile terminal device according to claim 22, wherein the mobile terminal device is a mobile phone, a mobile terminal, a PDA, a game machine, a digital camera, or a digital video.
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